五种技术缓解未来十年内晶片功耗问题

五种技术缓解未来十年内晶片功耗问题

      采用3D/光学互连

      透过缩短互连线的长度并降低其电线，就能支援更小的驱动器电晶体，从而降低IC的功耗。缩短互连线长度的传统方法是增加金属层，因此目前有些晶片的金属层多达10层。
      然而，互连层设计最新创新成果是三维矽穿孔(TSV)，允许将记忆体晶片堆叠在处理器之上。这种技术将互连长度减少到晶片间的距离，因此不需要大功耗的驱动电晶体和长的印刷电路板互连线。然而，TSV的经济性比较差，目前大多数晶片制造商的TSV时程都处于延后状态。
      “虽然矽穿孔(TSV)确实可透过缩短走线长度来降低功耗，但这是一种成本非常高的解决方案。”TI公司的Greenhill表示，“为了更具经济性，TSV需要能够弥补其它不足(如介面性能)，才能让它的成本较为合理。”
      赛灵思公司(Xilinx nc.)是一家非常瞭解如何为TSV成本/性能取得平衡的公司，该公司正提供第一款使用TSV的商用晶片。相较于在PCB板上焊接独立元件的方式，赛灵思 公司采用这种具成本效益的方案不仅能降低晶片功耗，同时也提升了性能。此外，它还可为赛灵思公司的客户降低BOM成本，赛灵思公司资深总监Ephrem Wu表示。灵思公司透过使用矽中介层(interposer)回避了在PCB板上焊接各个FPGA的问题。这种矽中介层可在单一封装内互连4个高密度的FPGA。
      这种技术不仅能提升性能，还能使功耗降低到19W，相形之下，传统的PCB解决方案功耗还高达112W。另外一种前端技术是使用光学收发器。例如，IBM公 司的Power7超级电脑使用从传统光学元件产生的板载光子互连。未来的晶片很可能使用Kotura公司和其它公司提供的专用光学解决方案，将光子功能转 移到能够附加处理器与记忆体晶片的微型光学晶片上。
      “我们的低功耗矽锗元件整合了透镜、滤波器、调变器以及你需要的所有其它光学元件于单颗晶片上。”Kotura公司行销副总裁Arlon Martin指出。
      Kotura 公司的矽光子制程使其得以将大约香烟盒大小约1万美元的传统光学收发器单元整合进最新款iPhone大小的500美元封装中，使用的功耗更低4至20倍。 Kotura公司还展示该公司的SiGe收发器可透过堆叠式CMOS晶片间的气隙传送光学讯号，最终在堆叠晶片之间形成一个高速、低功耗的光学资料通道， 适用于代替PCB走线。

      试用新材料

      采用更高迁移率的材料也能降低功耗。例如在标准CMOS产品线中已经加进了磁性材料，而像碳奈米管和石墨烯等‘神奇’的材料也开始浮出台面。为了以铁电RAM(FRAM)制造嵌入式微控制器，TI在CMOS产品线中增加了磁性材料。从Ramtron International公司获得授权的FRAM比起快闪记忆体更方便，因为它们既具有非挥发性，还支援随机存取。