ISSCC2010:感知集成电路发展的脉动

2010-03-18 13:34:02来源: 赛迪网

     被誉为集成电路设计领域的奥林匹克的ISSCC(国际固态电子学会议),不仅代表着集成电路设计领域的最高水平,还被视为IT市场的风向标,这是因为整个IT产业都构建在集成电路之上。
 
    2月7日~11日在旧金山举办的2010 ISSCC,以“感知未来”为主题,向观众展示了集成电路的前沿进展、未来的技术方向以及“后CMOS时代”硅半导体技术的替代者。


    集成电路发展的见证者
 
     时至今日,由IEEE(国际电气电子工程师协会)举办的ISSCC已经走过了57 个年头。集成电路历史上一些里程碑式的创新大都会在ISSCC上首次公布:从1962年仙童公司的TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路开辟了数字电路的集成时代,到1968年泰克公司的集成放大器将模拟电路带入集成时代,再到1974年英特尔公司的8位处理器开启了计算普及之门;更不用说多核、高性能 CPU、低功耗技术、视频处理器、可编程DSP(数字信号处理器)、WiFi、蓝牙、CCD图像传感器等人们耳熟能详的信息技术。

    本次会议设有10个议题:低功耗数字技术、高性能数字技术、存储器、模拟、射频、数据转换器、无线、有线、图像/显示/微电子机械系统/医疗和技术方向。
 
    根据ISSCC公布的论文统计,来自世界多个国家和地区的半导体企业和高校等研究机构共向大会提交了638篇论文,其中有210篇被大会录用。这两个数字分别略高于2009年的582篇和203篇,稍低于2008年的656篇和237篇。从地域上看,北美和欧洲的论文数在国际金融危机最为严重的2008年也处于谷底,分别为78篇和52篇,而今年则达到86篇和59篇。从机构分布上看,在会议上发表论文达到或超过4篇的共有15家,其中英特尔以13篇位居其首,而产业界和学术界分别以51%和49%的比例在论文数量上平分秋色。
 
    从注册观众上,今年的观众数量较2009年提高了一成。集成电路产业历来是整个IT产业的风向标,此次会议在论文和观众数量上都有所回升,这对于整个IT产业是个好消息。
 
    我国内地是在2005年、2006年和2008年分别由新涛科技(上海) 有限公司、中科院半导体所和清华大学实现了企业、研究机构和高校在ISSCC上论文的零突破。

    高性能处理器龙争虎斗

    高性能处理器依旧是ISSCC的热门之一,英特尔与AMD、IBM与 Sun这两对“冤家对手”,各自在会议上亮出自家的“镇山之宝”。
 
    32nm处理器成为英特尔与AMD比武的擂台。英特尔在其《Westmere:32nm IA处理器家族》的论文中,披露了32nm 处理器Westmere系列的技术细节。Westmere在性能上从45nm处理器Nehalem的4内核/8线程提升到6内核/12线程,L3 缓存从8MB提升到12MB,晶体管数量则从7.31亿个增加到11.7亿个。得益于32nm制程技术,6个内核的Westmere的芯片面积 (240mm2)甚至略小于4个内核的Nehalem(262mm2)。Westmere还在电源输入端引入了反谐振电路和LC滤波器,以降低电源噪声对 QPI总线和DDR时钟的干扰。
 
    AMD没有出现在ISSCC统计的发布论文达到或超过4篇的统计名单中,它在《32nm SOI CMOS下实现的x86-64内核》的论文中介绍了未来AMD 32nm处理器内核的一些特征:采用SOI技术,主频超过3GHz,单个内核的功耗控制在2.5W~25W之间。
 
    在RISC处理器上,IBM发布了性能较之上代产品POWER 6有近5倍提升的处理器POWER 7,这种计算性能的大幅提升,在当今处理器的更新换代中还是罕见的。POWER 7拥有8个内核,每个内核含4个线程。POWER 7采用45nm SOI工艺,它将原有外置的L3缓存集成到芯片上,每个内核拥有4MB的L3缓存,整个芯片的L3缓存高达32MB,芯片面积为467mm2。
 
    被Oracle纳入旗下的Sun在会上介绍了UltraSPARC家族的下一代产品的技术特征:采用40nm制程、16内核、128线程。这一信息的披露给UltraSPARC的用户带来些许的安慰,但Sun能否将其付诸实施,那还要Oracle说了算。
 
    英特尔还在会上介绍了采用SoC(片上系统)技术的48内核处理器 Message passing。这款被称之为“SCC”(单芯片云计算)的处理器,除了在数据吞吐方面独具匠心外,其工作频率和电压分别设有28档和8档,可以分别独立调节,从而有效地降低了功耗。
 
    综观高端处理器设计,各家都有自己的独门绝技,而各家共同关注的依旧是在降低功耗的同时通过增加内核数量来提升整体性能。
 
    低功耗处理器跨越1GHz门槛
 
    与高端处理器将对性能的追求放在首位不同,降低功耗成为低功耗处理器的第一诉求。如今,伴随着智能手机、消费电子产品以及其他嵌入式应用的发展,性能的提升已经成为低功耗处理器亟待解决的问题。
 
    以未来智能手机的需求为例,它要求具有主频到达GHz量级,高达 100Mbps的数据传输率,而且智能手机的总功耗应该限制在1W水平上。通常,功耗和计算性能如同鱼与熊掌一样不可兼得。于是,一些创新的技术被引入低功耗处理器的设计之中。
 
    英特尔在本次ISSCC上介绍了一种采用45nm工艺的自适应处理器原型。这种处理器内核应用错误诊断和错误恢复电路,实现了降低电压和提高主频两个目的,该处理器在0.8伏这个超低的、接近门限电压的工作电压下,性能提高了22%。与此同时,该芯片1.3GHz的主频也使得低功耗处理器的主频突破了1GHz的门槛。
 
    英国ARM公司介绍了Razor技术,Razor具有时序错误探测、错误恢复和电压-频率调节功能。采用这一技术的65nm ARM ISA处理器,工作在1GHz主频和1.1伏时,可在功耗降低52%的同时保持性能不变。

    ARM在最低工作电压、最高主频和性能上与英特尔都有不小的差距。这与英特尔可以在设计和制造两个环节相互优化并且采用45nm工艺有很大关系,而ARM的商业模式是出售知识产权。为了适应各种用户不同的集成电路生产线以获得足够的良率,在工艺上必须留有足够的宽容度。
 
    美国密歇根大学展出了一个用于医疗、基础设施和环境长期监测的微型传感系统,该系统在8.75 mm2面积上集成有1个73kHz、接近门限电压的ARMCortex-M3处理器内核、2块太阳能电池、1个锂离子薄膜电池、电源管理模块,这个系统功耗为7.7μW,待机功耗仅有100pW(0.0001μW)。


 

关键字:ISSCC  集成电路

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2010/0318/article_2736.html
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