本周，在華盛頓特區召開的年度國際電子設備大會（IEDM）上，一場主題演講表示，讓芯片變得更小、更快地工作正在變得越來越難，而且成本也越來越高，但是仍然有希望實現摩爾定律的論斷。在一場寬泛而公允的對話中，ARM的一位高級研究人員詳細介紹了各種技術和未來的挑戰。

來自奧斯汀的ARM Research的Greg Yeric在一篇IEDM的文章中寫道，“半導體行業需要擴大戰線，在所有的方面，包括更高的技術復雜性，在技術設計優化上進行投資以及最終的技術體系優化，才能跟上摩爾定律描述的步伐。”

Yeric寫道，由于“越來越多的設計限制，包括能耗限制、電路寄生效應、多變性以及當然會出現的成本限制”，工程師們需要使用很多補救措施，這些措施可能會“破壞并且可能稀釋規模效益。”他補充表示，因此，“預計有可能會為了日程安排做出重大犧牲，而且理解潛在的變化可能帶來的成本—收益將會變得更加復雜。”

他寫道，“可能在內存方面表現得最為尖銳，DRAM擴展需求正在爆炸，很多應用程序所需要的存儲數量和水平都在提升。”

Yeric認為將現在的內存和邏輯器件結合在一起的芯片堆棧的做法看起來比目前的替代內存體系架構更有前途。

Yeric寫道，固定模面積的成本在28納米之后和之前的節點相比至少翻了一番，小體積原型的成本就變得異常高昂。（圖片來源：IEDM，ARM）

他表示，“電阻RAM和相變存儲器的物理特性更有可能在密度和耐力方面帶來局限性，使之無法達到主內存的要求。”他補充稱，“如果MRAM的能耗和成本提高，它超強的耐力會讓它成為一種使存儲具備計算能力的潛在選擇對象，但是讀邊距和寫干擾的問題仍然會限制可能實現的密度。”

關于工程師們是否能夠找到在復雜之中制造更便宜的晶體管的方法的爭論由來已久，Yeric公允地評價了這場曠日持久的辯論。他寫道，“在28納米水平之下，我們可以降低成本，盡管速度還比較慢。”

他寫道，使用多個光刻機制造更為精細的模板的做法增加了成本，“但是針對7納米節點的分檔器將會比那些用于28納米節點的分檔器速度快50%。”同時，他補充表示，“膜行業承諾將繼續大幅度減少寫入時間，而且，多電子束膜寫入可能極大地提高成本規模。”

Yeric對于極紫外線（EUV）光刻技術持懷疑態度，這項技術長期以來一直被認為是最有希望刻出更好的模板，但是這非常有挑戰性，他寫道，這種技術“就算是能用，可能也不能用于7納米”。

他補充表示，“在7納米之外，EUV可能需要多種模板，因此對于5納米及以下的規格來說，成本是不確定的。”他還補充表示，“定向自組裝是一項先進的技術（是替代EUV的另一種選擇……但是）它有著自身獨特的局限性，只有有限的引導模板可能是可行的，從中我們將能夠創建一組有限的最終模板。”

其他的挑戰還包括工程師們可能創造的芯片所具備晶體管數量超出他們可以承受的水平。

他寫道，所謂的暗硅（dark-silicon）問題需要突破電路寄生效應和芯片線路擴展問題，“這可能包括多層石墨烯互聯以及/或碳納米管道。”他補充表示，“在16/14納米之下，一半的能耗和性能都會損失在線路上，相比之下，它們在幾個節點之前還只是小問題。”

Yeric寫道，如果沒有新的解決方法，芯片上的暗硅（dark silicon）的比例將會增加。

他寫道，同時，隨著芯片變得越來越小，可靠性也變成了一個日益嚴重的問題。諸如偏壓不穩定性、隨機電報噪聲和軟錯誤率等揮之不去的問題“可能導致適應性設計的代價變得更加高昂”，比今天所使用的緩解方法更加昂貴。他補充表示，“最終收益管理也許會面臨挑戰，需要依靠檢查并識別關鍵工藝的能力以對抗消失的尺寸帶來的負面影響。”

Yeric表示有幾個領域大有希望，包括在優化專門計算塊以降低能效方面一直在進行的工作。

他寫道，“GPU和最終圖像識別處理器可能會朝著近似計算發展……（而且）可以通過排序和匹配等常見功能提供駐內存支持來進一步提高效率，朝著真正的‘駐內存處理器’的方向前進。”

他認為，工程師們還可以進一步使用深度神經網絡構建塊。然而這種處理和內存的混合體可能需要改變今天單獨設計、制造邏輯和存儲芯片的方法。

Yeric寫道，對近閥值計算（NTC）的研究很有希望，特別是在超低功耗設備隨著物聯網大潮的興起而變得流行的時代。他寫道，“NTC可能會被證明有雙重優勢，因為物聯網系統既要求計算能力‘常關’以最大程度降低能耗，但是又同時要求傳感設施‘常開’。”

他寫道，射頻模擬芯片可以率先優化NTC的概念，這樣它就可以被用于為數字化處理器提供“可接受的”性能，并且“在這些新的邊界條件之內”。但是他補充表示，工作載荷很高，因為現在“這個設計流程能夠從NTC進一步的設計優化（包括設計）中受益，更好的電壓調節器以及/或者納米電器機械開關改變低功耗設計的局面。”

在其他的可能性中，Yeric認為印刷電路“在尺寸和能力方面正在達到上個世紀七十年代的微處理器的水平”，具備了諸如被動打印和電池等新的應用和功能。

他指出，“現在半導體行業令人難以置信的規模和容量以及應用依靠的是它讓潛在的破壞在現有生態系統中獨立出現變得異常困難。”但是，他寫道，“計算效率可能的躍升也許會通過從電子電荷轉變為光子、自旋態或者量子態的轉變實現。”

——EE Times硅谷分社主管Rick Merritt