翻開集成電路的發(fā)展史，多項重大技術(shù)突破和成果都在ISSCC 上首次發(fā)表，如CMOS 邏輯電路、RISC 處理器、NAND Flash、多核處理器……正因如此，這一源起1953年賓夕法尼亞大學(xué)的固態(tài)電子電路研討會，逐漸成為全球集成電路與系統(tǒng)芯片研究者最關(guān)注的論壇之一。
在近期于舊金山舉行的ISSCC 2008上，英特爾發(fā)表了14篇涵蓋處理器、無線通信、存儲、萬億次計算等領(lǐng)域的技術(shù)論文。這些成果將給信息技術(shù)發(fā)展帶來哪些影響？本報記者電話連線英特爾院士張曉強，為讀者深入解讀。
處理器：深度進化中
處理器是英特爾的看家法寶，此次披露的是此前被廣為關(guān)注的Silverthorne和Tukwila處理器的技術(shù)細節(jié)。前者是面向移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的低功耗IA處理器，后者是面向高端，對抗RISC的下一代安騰處理器。
據(jù)張曉強介紹，英特爾3月3日發(fā)布的Silverthorne處理器采用了最新的45nm高K金屬柵制造工藝，其系列處理器的功耗控制在2.5W以下。這種處理器專門面向英特爾稱之為MID的第一代移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)，當(dāng)然，也包括UMPC等類似的超便攜設(shè)備。
英特爾為此設(shè)計了全新微架構(gòu)。該架構(gòu)與Core 2 Duo指令集完全兼容，基于雙碼、雙發(fā)射的按序執(zhí)行，擁有16級流水線。該微架構(gòu)還將采用升級的功耗管理技術(shù)，如深度節(jié)能C6狀態(tài)、無網(wǎng)格時鐘分配、針對功耗優(yōu)化的寄存器組、時鐘門控、CMOS總線模式和分離式 I/O 電源等，通過眾多技術(shù)改進，有效降低了動態(tài)和泄漏功耗。
與英特爾2006年推出的ULV單核處理器相比，Silverthorne處理器的TDP有望降低到它的1/10左右；與此同時，Silverthorne還能提供最高2GHz主頻，以獲得完整的互聯(lián)網(wǎng)體驗，運行主流應(yīng)用軟件，這就為移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的快速發(fā)展鋪平了道路。
Tukwila是一款基于65nm制造工藝、集成20億晶體管的4核安騰處理器，其第一版產(chǎn)品預(yù)計于今年年底面世。安騰面向關(guān)鍵任務(wù)領(lǐng)域，在高度集成的情況下，Tukwila將性能提升至雙核安騰9100 系列的兩倍，RAS性能也更為先進。Tukwila的總體片上緩存達到30MB，比當(dāng)前產(chǎn)品高出了10%；QuickPath 互連和集成內(nèi)存控制器則帶來了9倍的互連帶寬和6倍的內(nèi)存帶寬，這些都直觀地表現(xiàn)出安騰處理器的深度進化。
無線：集成與降耗
我們也了解到英特爾在低成本數(shù)字多無線接入取得的最新成果。目前的無線接入方式處在離散式階段，如WLAN、WWAN分別設(shè)計，不僅成本高，而且體積龐大。張曉強介紹說，英特爾發(fā)布的多款放大器，在無線芯片上實現(xiàn)了更高的元件集成度，將離散式推進到集成式無線接入階段。也就是在各種小型設(shè)備上，通過實現(xiàn)WLAN與WWAN的雙標(biāo)準(zhǔn)單芯片集成，提升性能，并降低功耗。
在展示的數(shù)款放大器中，一款是面向802.11a/g/n應(yīng)用的MIMO多波段收發(fā)器，它采用90nm CMOS工藝，可實現(xiàn)低功耗、小巧外形和低成本；還有一款是采用65nm CMOS工藝、用于多無線接入的E級CMOS功率放大器，可提供28.6dBm的功率輸出。該功放的意義在于，實現(xiàn)遠程通信(如WiMAX)需要功率1W左右的高功率放大器的支持，該器件就能為 WWAN提供近 1 W的無線射頻輸出，提供廣闊的覆蓋范圍，同時還采用新型技術(shù)實現(xiàn)了高數(shù)據(jù)速率必需的精密調(diào)制功能。
此外，英特爾還展示了高頻采樣的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，測量整個Wi-Fi波段中的每個波段，感知來自同一波段的其他無線信號的干擾，通過自我調(diào)節(jié)達到最佳功率性能比，并提供優(yōu)化的信道選擇。在信號強時，它可減少耗電量，以高能效方式支持Wi-Fi/WiMAX帶寬。這些成果都是為了實現(xiàn)未來采用單芯片處理多種無線標(biāo)準(zhǔn)的愿景，屆時，各項性能指標(biāo)將獲得更明顯的提升，同時也通過縮減體積促進便攜設(shè)備小型化。
b>存儲：促密度攀升
相變存儲器(PCM)是一項極富潛力的新型存儲技術(shù)，英特爾為此保持著高投入，即將合資成立的Numonyx公司的技術(shù)方向之一就是PCM。通過聯(lián)合開發(fā)，英特爾和意法半導(dǎo)體展示了在PCM方面取得的重大突破——首個可展示的采用PCM技術(shù)的多層單元(MLC)設(shè)備。
PCM原理簡單說就是通過改變一種硫?qū)倩衔锏臓顟B(tài)來存儲數(shù)據(jù)，它以比傳統(tǒng)閃存更低的功耗實現(xiàn)快速讀寫，并實現(xiàn)更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)保存。過去的單層單元PCM只有兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)，此次采用獨特算法，研究人員在硫?qū)倩衔锏姆蔷B(tài)與晶態(tài)間創(chuàng)造了另兩種狀態(tài)，這樣就有四種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)，從每單元1比特轉(zhuǎn)變?yōu)镸LC，意義在于以更低的單位字節(jié)成本提高存儲密度。
基于45nm高K金屬柵極制造工藝，英特爾還開發(fā)出一款高性能、低功耗的SRAM。小型SRAM單元有利于在處理器內(nèi)集成更大容量的緩存，該SRAM就支持比原來大50%的片上L2(6MB)緩存，用于英特爾第二代雙核和四核處理器的快速批量生產(chǎn)。SRAM設(shè)計與高效的功率管理電路一起，使電路能更好地適應(yīng)型號變化，并有助于提高生產(chǎn)成品率。
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萬億次：三層面并進
多核萬億次計算包括計算、存儲和通信三個層面。從技術(shù)角度看，為支持新興的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，萬億次計算的I/O帶寬要擴展到100Gbps以上，這意味著每個通道應(yīng)超過10Gbps。提升I/O通道速度要求精確時鐘為傳輸和接收數(shù)據(jù)計時，不僅大量耗能，而且需要足夠空間容納濾波元件和復(fù)雜電路，以減輕噪音干擾。英特爾這次展示的一款試驗芯片實現(xiàn)了每鏈接高達27Gbps的數(shù)據(jù)鏈路。它通過簡化電路，省去了部分過濾元件，卻能過濾時序噪音。據(jù)測算，在20Gbps速率上，該芯片實現(xiàn)了1.6mW/Gbps的高佳能效。
破除萬億次計算的內(nèi)存帶寬限制也十分值得關(guān)注。應(yīng)用分析表明，未來萬億級計算是在多個內(nèi)核上運行多線程，對內(nèi)存帶寬要求極高。當(dāng)前情況是，片上SRAM速度高，但代價過于昂貴；DRAM密度雖高，但速度較慢，且受限于制造程序，不能片上集成。盡管通過3D堆疊，DRAM可以與處理器緊密結(jié)合，但仍與片上存儲速度有一定差距。為此，英特爾設(shè)計了新型集成DRAM內(nèi)存，為獲得更快的片上內(nèi)存并提高應(yīng)用性能提供了新選擇。該內(nèi)存與其他動態(tài)內(nèi)存一樣需要定期刷新，能提供相當(dāng)于片上SRAM兩倍的內(nèi)存密度和比DRAM快得多的速度，在2GHz頻率時，其帶寬可達128GB/s。
新知概覽
ISSCC 2008是最新集成電路技術(shù)的發(fā)表平臺，以下就是其中重要成果的典型代表。
多頻帶無線通信
2010年有望達到實用水平
東芝開發(fā)出使新一代手機等多頻帶無線通信產(chǎn)品降低成本、縮小體積的射頻器件，力爭2010年達到實用水平。未來，同一部手機支持多頻帶將成為主流，該器件就是為了實現(xiàn)通過一片電路支持多個頻帶。目前，對MEMS(微機電系統(tǒng))部分的封裝技術(shù)已開發(fā)完成。
3bit／單元NAND
數(shù)據(jù)寫入速度可達8MB／s
SanDisk和東芝發(fā)布采用3bit／單元的NAND。值得注意的是，其寫入傳輸速度為8MB／s。一般來說，將2bit／單元產(chǎn)品的現(xiàn)有電路技術(shù)應(yīng)用于3bit／單元產(chǎn)品時，寫入速度會降至3MB／s左右，而該新產(chǎn)品則將寫入速度提高到了8MB／s。
時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路
突破40Gb／s光通信瓶頸
NEC宣布開發(fā)出支持40Gb／s光通信的時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。通過該電路，將有望大幅提高40Gb／s光通信系統(tǒng)的接收性能和傳輸距離，此前光通信受復(fù)雜波形失真限制。另外，通過其自動調(diào)整功能，還可減輕裝置的調(diào)整及維護負(fù)擔(dān)，有利于降低系統(tǒng)成本。
新材料RFID
通信速度較以往提高5倍以上
比利時研究機構(gòu)IMEC和荷蘭TNO發(fā)表了集成414個有機半導(dǎo)體材料，采用并五苯TFT構(gòu)成的邏輯電路，使RFID的通信距離達到10cm，能以約780bit／s的數(shù)據(jù)傳輸速度讀取數(shù)據(jù)，該速度比原來的有機RFID高5倍以上，其性能已接近實用水平。
寬動態(tài)范圍傳感器
明暗對比1000萬倍也能拍
松下開發(fā)出使MOS圖像傳感器動態(tài)范圍達到1000萬倍的電路技術(shù)，在明暗比(動態(tài)范圍)達到140dB(1000萬倍)的場景下，被攝體也可以被鮮明地拍攝成像。而目前主流圖像傳感器的動態(tài)范圍多在60dB(1000倍)左右。該傳感器主要用于車載或監(jiān)控攝像頭等。
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