2008年英特尔四大技术揭秘

2008-03-11 10:18:00来源: 中国计算机报

  张晓强在英特尔负责开发嵌入式内存技术,包括用于未来微处理器和通讯产品上的高速低耗嵌入式内存电路。他主持设计并成功实现了微处理器从90nm向45nm制造工艺的过渡。

  翻开集成电路的发展史,多项重大技术突破和成果都在ISSCC 上首次发表,如CMOS 逻辑电路、RISC 处理器、NAND Flash、多核处理器……正因如此,这一源起1953年宾夕法尼亚大学的固态电子电路研讨会,逐渐成为全球集成电路与系统芯片研究者最关注的论坛之一。

  在近期于旧金山举行的ISSCC 2008上,英特尔发表了14篇涵盖处理器、无线通信、存储、万亿次计算等领域的技术论文。这些成果将给信息技术发展带来哪些影响?本报记者电话连线英特尔院士张晓强,为读者深入解读。

  处理器:深度进化中

  处理器是英特尔的看家法宝,此次披露的是此前被广为关注的Silverthorne和Tukwila处理器的技术细节。前者是面向移动互联网设备的低功耗IA处理器,后者是面向高端,对抗RISC的下一代安腾处理器。

  据张晓强介绍,英特尔3月3日发布的Silverthorne处理器采用了最新的45nm高K金属制造工艺,其系列处理器的功耗控制在2.5W以下。这种处理器专门面向英特尔称之为MID的第一代移动互联网设备开发,当然,也包括UMPC等类似的超便携设备。

  英特尔为此设计了全新微架构。该架构与Core 2 Duo指令集完全兼容,基于双码、双发射的按序执行,拥有16级流水线。该微架构还将采用升级的功耗管理技术,如深度节能C6状态、无网格时钟分配、针对功耗优化的寄存器组、时钟门控、CMOS总线模式和分离式 I/O 电源等,通过众多技术改进,有效降低了动态和泄漏功耗。

  与英特尔2006年推出的ULV单核处理器相比,Silverthorne处理器的TDP有望降低到它的1/10左右;与此同时,Silverthorne还能提供最高2GHz主频,以获得完整的互联网体验,运行主流应用软件,这就为移动互联网设备的快速发展铺平了道路。

  Tukwila是一款基于65nm制造工艺、集成20亿晶体管的4核安腾处理器,其第一版产品预计于今年年底面世。安腾面向关键任务领域,在高度集成的情况下,Tukwila将性能提升至双核安腾9100 系列的两倍,RAS性能也更为先进。Tukwila的总体片上缓存达到30MB,比当前产品高出了10%;QuickPath 互连和集成内存控制器则带来了9倍的互连带宽和6倍的内存带宽,这些都直观地表现出安腾处理器的深度进化。

  无线:集成与降耗

  我们也了解到英特尔在低成本数字多无线接入取得的最新成果。目前的无线接入方式处在离散式阶段,如WLAN、WWAN分别设计,不仅成本高,而且体积庞大。张晓强介绍说,英特尔发布的多款放大器,在无线芯片上实现了更高的元件集成度,将离散式推进到集成式无线接入阶段。也就是在各种小型设备上,通过实现WLAN与WWAN的双标准单芯片集成,提升性能,并降低功耗。

  在展示的数款放大器中,一款是面向802.11a/g/n应用的MIMO多波段收发器,它采用90nm CMOS工艺,可实现低功耗、小巧外形和低成本;还有一款是采用65nm CMOS工艺、用于多无线接入的E级CMOS功率放大器,可提供28.6dBm的功率输出。该功放的意义在于,实现远程通信(如WiMAX)需要功率1W左右的高功率放大器的支持,该器件就能为 WWAN提供近 1 W的无线射频输出,提供广阔的覆盖范围,同时还采用新型技术实现了高数据速率必需的精密调制功能。

  此外,英特尔还展示了高频采样的模/数转换器,测量整个Wi-Fi波段中的每个波段,感知来自同一波段的其他无线信号的干扰,通过自我调节达到最佳功率性能比,并提供优化的信道选择。在信号强时,它可减少耗电量,以高能效方式支持Wi-Fi/WiMAX带宽。这些成果都是为了实现未来采用单芯片处理多种无线标准的愿景,届时,各项性能指标将获得更明显的提升,同时也通过缩减体积促进便携设备小型化。

  存储:促密度攀升

  相变存储器(PCM)是一项极富潜力的新型存储技术,英特尔为此保持着高投入,即将合资成立的Numonyx公司的技术方向之一就是PCM。通过联合开发,英特尔和意法半导体展示了在PCM方面取得的重大突破——首个可展示的采用PCM技术的多层单元(MLC)设备。

  PCM原理简单说就是通过改变一种硫属化合物的状态来存储数据,它以比传统闪存更低的功耗实现快速读写,并实现更稳定的数据保存。过去的单层单元PCM只有两种状态来记录数据,此次采用独特算法,研究人员在硫属化合物的非晶态与晶态间创造了另两种状态,这样就有四种状态来记录数据,从每单元1比特转变为MLC,意义在于以更低的单位字节成本提高存储密度。

  基于45nm高K金属栅极制造工艺,英特尔还开发出一款高性能、低功耗的SRAM。小型SRAM单元有利于在处理器内集成更大容量的缓存,该SRAM就支持比原来大50%的片上L2(6MB)缓存,用于英特尔第二代双核和四核处理器的快速批量生产。SRAM设计与高效的功率管理电路一起,使电路能更好地适应型号变化,并有助于提高生产成品率。

  万亿次:三层面并进

  多核万亿次计算包括计算、存储和通信三个层面。从技术角度看,为支持新兴的数据密集型应用,万亿次计算的I/O带宽要扩展到100Gbps以上,这意味着每个通道应超过10Gbps。提升I/O通道速度要求精确时钟为传输和接收数据计时,不仅大量耗能,而且需要足够空间容纳滤波元件和复杂电路,以减轻噪音干扰。英特尔这次展示的一款试验芯片实现了每链接高达27Gbps的数据链路。它通过简化电路,省去了部分过滤元件,却能过滤时序噪音。据测算,在20Gbps速率上,该芯片实现了1.6mW/Gbps的高佳能效。

  破除万亿次计算的内存带宽限制也十分值得关注。应用分析表明,未来万亿级计算是在多个内核上运行多线程,对内存带宽要求极高。当前情况是,片上SRAM速度高,但代价过于昂贵;DRAM密度虽高,但速度较慢,且受限于制造程序,不能片上集成。尽管通过3D堆叠,DRAM可以与处理器紧密结合,但仍与片上存储速度有一定差距。为此,英特尔设计了新型集成DRAM内存,为获得更快的片上内存并提高应用性能提供了新选择。该内存与其他动态内存一样需要定期刷新,能提供相当于片上SRAM两倍的内存密度和比DRAM快得多的速度,在2GHz频率时,其带宽可达128GB/s。

  新知概览

  ISSCC 2008是最新集成电路技术的发表平台,以下就是其中重要成果的典型代表。

  多频带无线通信

  2010年有望达到实用水平

  东芝开发出使新一代手机等多频带无线通信产品降低成本、缩小体积的射频器件,力争2010年达到实用水平。未来,同一部手机支持多频带将成为主流,该器件就是为了实现通过一片电路支持多个频带。目前,对MEMS(微机电系统)部分的封装技术已开发完成。

  3bit/单元NAND

  数据写入速度可达8MB/s

  SanDisk和东芝发布采用3bit/单元的NAND。值得注意的是,其写入传输速度为8MB/s。一般来说,将2bit/单元产品的现有电路技术应用于3bit/单元产品时,写入速度会降至3MB/s左右,而该新产品则将写入速度提高到了8MB/s。

  时钟数据恢复电路

  突破40Gb/s光通信瓶颈

  NEC宣布开发出支持40Gb/s光通信的时钟数据恢复电路。通过该电路,将有望大幅提高40Gb/s光通信系统的接收性能和传输距离,此前光通信受复杂波形失真限制。另外,通过其自动调整功能,还可减轻装置的调整及维护负担,有利于降低系统成本。

  新材料RFID

  通信速度较以往提高5倍以上

  比利时研究机构IMEC和荷兰TNO发表了集成414个有机半导体材料,采用并五苯TFT构成的逻辑电路,使RFID的通信距离达到10cm,能以约780bit/s的数据传输速度读取数据,该速度比原来的有机RFID高5倍以上,其性能已接近实用水平。

  宽动态范围传感器

  明暗对比1000万倍也能拍

  松下开发出使MOS图像传感器动态范围达到1000万倍的电路技术,在明暗比(动态范围)达到140dB(1000万倍)的场景下,被摄体也可以被鲜明地拍摄成像。而目前主流图像传感器的动态范围多在60dB(1000倍)左右。该传感器主要用于车载或监控摄像头等。

关键字:英特尔  处理器  ISSCC  寄存器组  功耗管理技术  ULV  UMPC  IA  金属

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/eda/200803/article_18225.html
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