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将摩尔定律进行到底 - 主板知识

    摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔 (Intel)名誉董事长戈登·摩尔(Gordon Moore)经过长期观察发现于1965年得之。40年中,半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测,推动了整个信息技术产业的发展,进而给千家万户的生活带来变化。
    毫无疑问,“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们说,在今后几年里,“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一定律终将走到尽头。“摩尔定律”何时失效?专家们对此众说纷纭。
    英特尔公司将在2月8日-12日于美国旧金山举行的国际固态电路会议(ISSCC)上发布15篇技术论文。英特尔高级院士马博(Mark Bohr)将受邀出席全体大会并发表主题演讲。
    马博将在演讲中重点探讨即将到来的全新“片上系统(SoC)时代”,并说明它将如何影响半导体制造商实现创新方式的根本性转变,以确保摩尔定律在今后十年内继续保持活力和发挥作用。
    围绕这一主题,英特尔将介绍可改善未来片上系统(SoC)性能的数项关键技术,包括可集成于未来片上系统(SoC)中、能够为用户带来高性价比、高能效随时随地无线联网体验的先进数字无线技术,以及适用于小型移动设备的、可在更低功耗下实现更逼真应用视觉效果的图形处理技术。
    英特尔还将主持本次国际固态电路会议上超过半数的微处理器研讨会,并将发表四篇有关45纳米制程企业级处理器、包括其首款8核处理器的技术论文。
    以下为本次国际固态电路会议上英特尔部分技术论文和报告的内容摘要。
    片上系统将使摩尔定律继续发挥作用
    《SOC领域迎来全新拓展时代》
    马博(Mark Bohr) 英特尔公司技术与制造事业部高级院士兼制程架构与集成总监
    随着英特尔对开发高能效计算和高移动性产品的日益重视,以往采用更小尺寸晶体管构建更大型高频率微处理器内核的趋势正逐渐走向终结。马博将在本次研讨会上讨论晶体管开发与电路设计的根本性转变,从而实现微处理器领域的持续创新。这一新时代被称为“片上系统时代”,实现完全性的系统集成将是未来的主要挑战。英特尔计划凭借自身雄厚的芯片设计实力、工厂产能、先进的制造技术和摩尔定律中的经济优势,打造一系列高度集成化且能针对Web应用进行优化的全新专用片上系统(SoC)设计与产品。
    创造面向未来片上系统设计的数字无线技术
    未来的片上系统(SoC)将在芯片内集成灵活的无线技术,从而开创崭新的移动通信时代。目前为了实现“随时随地联网”,人们需要在平台中加入其它无线技术(如Wi-Fi、WiMax、3G、蓝牙技术等),这些都会占用系统空间、消耗电能、影响计算性能和用户体验。英特尔研究人员正积极寻求可将更多无线组件集成在芯片内的技术手段,进而降低成本、提高性能。英特尔研究人员还将展示三项里程碑式的创新研究设想,用以实现数字无线通信和未来全功能型SoC。
    《一款1.1伏、50毫瓦、2.5Gb/s、7位的45纳米制程LP数字型时间交叉存取C-2C SAR模数转换器》
    “A 1.1V 50mW 2.5Gb/s 7b Time-Interleaved C-2C SAR ADC in 45nm LP Digital”
    本文详细介绍了60GHz无线领域的一项全新技术。该项技术通过将多个简单的模数转换器(SAR ADC)藕合在一起,并同时向它们分派任务,从而将模拟信号转换为数字信号。这种方法的优势在于:
    数据传输速率超过5Gb/s,能在10秒钟内完成一部DVD画质电影内容的无线传送。
    业内首款能够在纯CMOS环境下以2.5Gb/s速率进行7位精度解析的模数转换器,是相同性能水平下数字无线技术领域的重大突破。
    能效表现与目前业内一流的模数转换器相当,但精度更高。
    《一款基于45纳米CMOS制程的4.75GHz、采用数字偏频校正的小数分频器》
    “A 4.75GHz Fractional Frequency Divider with Digital Spur Calibration in 45nm CMOS”
    模拟无线信号处理往往具有先天性效率不足的问题,因此需要通过过滤手段来修正频谱杂质(称为“频率不匹配”)。过滤过程之所以必要,是因为纯本机振荡器(LO)信号对于实现良好的灵敏度和稳定的数据传输具有重要意义。以前的过滤方法需要用到许多感应器,这不仅占用空间、消耗能源,还会增加成本。本文在业内率先提出了如何通过数字技术实施所需的压控振荡器(VCO)频率变换,并实现高LO纯度所需的电路校准。这种数字技术的优势在于:
    减少所需的组件数量,进而缩小芯片尺寸。
    采用创新技术,利用45纳米CMOS制程中门延迟的先天性可变特点来测量和校准不匹配问题。
    《一种基于32纳米CMOS制程、带寄生电阻补偿且基于ΔΣ的1.05伏、1.6毫瓦、0.45°C、3σ解析度的温度传感器》
    “A 1.05V 1.6mW 0.45°C 3σ-Resolution ΔΣ-Based Temperature Sensor with Parasitic-Resistance Compensation in 32nm CMOS”
    本文介绍了业内首个面向高-k金属栅极数字式32纳米CMOS制程微处理器应用的温度传感器。其多个遥感器被用于测量整个多核芯片的温度。处理器控制单元可与这些传感器协同工作,为较高层次的软件组件提供精确的温度信息,以协助其完成一系列管理和优化任务。在多核计算时代,散热/功耗管理是决定平台性能和能效的关键。这项技术成果的优势在于:
    可改善微处理器的电源管理能力。
    在确保可靠性的前提下,最大限度提高微处理器性能。
    通过多点热点温度测量来实现负载平衡,以限制泄漏。
    维持较低的运行压力,以延长处理器组件的寿命。
    采用多个传感器,实现更精准的识别和干涉。
    为小型移动设备提供更好的图形支持
    为了进一步提高移动设备上多媒体、图形、信号处理等最消耗计算性能和能源的应用操作的能效表现, SIMD计算至关重要。SIMD是指用单一指令来处理多个数据元素(如图像中的全部像素)。随着设备尺寸逐渐缩小和应用视觉效果日趋增强,人们需要更先进的技术,在降低能耗的同时完成更多的SIMD处理。当前SIMD加速电路的泄漏电流较高、电源管理能力有限,同时也无法很好地扩展至较低电压。
    《一款基于45纳米CMOS制程的 300毫伏、494GOPS/W且可重新配置的双电源4路SIMD向量处理加速器》
    “A 300mV 494GOPS/W Reconfigurable Dual-Supply 4-Way SIMD Vector Processing Accelerator in 45nm CMOS”
    本文将展示一款能够为任何平台(尤其是笔记本电脑、MID和其它小型设备)提供更丰富的多媒体内容和更逼真的视觉效果的45纳米制程原型SIMD加速器芯片。这项新技术能够实现:
    在标准电压下提供超出目前产品10倍的能效表现。
    其电路还能平滑扩展至超低压(从1.3伏降至230毫伏)。
    将电压降至300毫伏后,芯片能效可进一步提高8倍。
    业内领先的45纳米制程企业级处理器
    《45纳米制程8核企业级至强?处理器》
    “A 45nm 8-Core Enterprise Xeon? Processor”
    8核16线程企业级至强?处理器内含23亿个晶体管,均采用9层金属的 45纳米CMOS制造工艺。
    I/O链路使用每通道TX和RX补偿机制,使运行速度最高可达6.4GT/s。
    《45纳米制程IA处理器系列》
    “A Family of 45nm IA Processors”
    下一代IA处理器系列,基于45纳米高-k金属栅极CMOS制造工艺,拥有最多达8个内核、强化的酷睿?微架构、三级缓存和2路SMT。
    该系列拥有一致性的点到点链路并且集成了内存控制器、电源管理微控制器和门控电源晶体管。
    《四核安腾?处理器上的动态频率转换时钟系统》
    “Dynamic Frequency-Switching Clock System on A Quad-Core Itanium? Processor”
    下一代英特尔?安腾处理器,代号“Tukwila”,集成了四个内核和一个系统接口,该接口包含六个英特尔QuickPath? Interconnect通道和四个内存互联通道。
    其700 mm2核心尺寸和高度集成在能耗和变动补偿方面给时钟系统设计带来了挑战。
    本论文针对的正是这些挑战,并解释了电压-频率管理解决方案如何优化处理器的能耗和散热层。
    《使用45纳米制程6核至强?处理器实现每分钟100万次TPCC》
    “Over 1 Million TPCC with a 45nm 6-Core Xeon? CPU”
    一个单片式6核至强?处理器通过采用9层金属的45纳米CMOS制造工艺集成了19亿个晶体管,并且包含9MB二级缓存和16MB三级缓存,在8插槽配置下的TPCC值超过每分钟100万次交易。
    其FSB I/O电路位于芯片中心,可以降低I/O延迟。
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