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摩尔定律正走向终结 半导体行业将发布以应用为导向的新路线图

2016-03-03 09:42
棒棒书香
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   下个月,全球半导体行业将正式承认对涉及其中的每个人来说都日趋明显的事情:自上世纪60年代起推动信息技术革命的原则——摩尔定律正走向终结。

  作为一种控制计算的经验法则,摩尔定律认为,一颗微处理器芯片上的晶体管数量每两年左右将会翻番。而这通常意味着,芯片的性能也将提升一倍。该定律描述的指数级发展规律将上世纪70年代的第一批原始家用电脑转变成八九十年代的复杂机器,并且从那时起,促成了当下流行的高速互联网、智能手机以及同网络相连的汽车、冰箱和恒温控制器的兴起。

  下个月即将发布的半导体行业路线图将首次部署一份未以摩尔定律为中心的研发计划。相反,它将遵循一种或许可被称为“超越摩尔定律”的战略:以应用——从智能手机、超级计算机到云数据中心——为开端,然后向下看需要什么样的芯片来支持它们,而非让芯片变得更好并使应用跟随其后。这些芯片将包括新一代传感器、电源管理电路和一个计算正日益移动化的世界所需要的其他硅器件。

  过热之困

  践行摩尔定律遇到的第一块绊脚石并不出人意料。路线图绘制机构主席PaoloGargini和其他人早在1989年便对此提出警告。尽管如此,它带来的打击却是沉重的:东西变得太小。

  “过去,无论我们何时将特征尺寸变小,好事总会自动发生。”位于美国加州圣克拉拉市的设备制造商“第三个千年测试解决方案”总裁BillBottoms表示,“芯片会变得更快,并且功耗降低。”

  然而,本世纪初,当芯片的特征尺寸开始缩小到约90纳米以下时,这种自动产生的好处不再出现。随着电子在日益变小的硅电路中不得不移动得越来越快,芯片开始变得过热。

  这是一个最基本的问题。发热很难避免,但没有人想买一部烫手的手机。Gargini介绍说,为此,生产商死死抓住仅有的救命稻草。首先,他们不再试图增加“时钟频率”,即微处理器执行指令的速度。这有效限制了芯片电子的速度,以及它们产生热量的能力。自2004年起,最大时钟频率一直没有变化。

  其次,在速度受限的情况下,为让芯片沿着摩尔定律的性能曲线发展,生产商重新设计了内部电路,使每颗芯片含有2个、4个甚至更多处理器,或者说“核”。如今,四核和八核的台式电脑和智能手机已经非常普遍。Gargini表示,原则上讲,“你可以用4颗250兆赫的芯片和单颗1千兆赫的芯片,实现相同的输出值”。但实际上,利用8颗处理器意味着一个问题不得不被分解成8个部分,而这对于很多算法来说非常困难,甚至不可能。

  即便如此,当和创新性的重新设计结合起来以弥补电子泄漏和其他效应时,这两种解决方法使芯片生产商得以继续缩减电路尺寸,并且遵照摩尔定律,继续提升晶体管数量。现在的问题在于,到本世纪20年代初,由于量子效应的影响,利用硅实现尺寸的持续缩减已不再可能时,将会发生什么?下一步该何去何从?“我们仍在苦苦追寻解决方法。”来自国际芯片生产商——格罗方德的电气工程师、新路线图下属委员会主席AnChen表示。

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