五大技术降低未来IC功耗

五大技术降低未来IC功耗

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，因此目前有些芯片的金属层多达10层。

       然而，互连层设计最新创新成果是三维硅穿孔（TSV），允许将记忆体芯片堆叠在处理器之上。这种技术将互连长度减少到芯片间的距离，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，目前大多数芯片制造商的TSV时程都处于延后状态。

       “虽然硅穿孔（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（Xilinxnc.）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的商用芯片。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芯片功耗，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EphremWu表示。

              
            图4：赛灵思公司能够使用台积电的硅插入器在封装内互连4个FPGA，从而使功耗从112W降低到19W。来源：赛灵思


       赛灵思公司透过使用硅中介层（interposer）迴避了在PCB板上焊接各个FPGA的问题。这种硅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。未来的芯片很可能使用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芯片的微型光学芯片上。

       “我们的低功耗硅锗元件整合了透镜、滤波器、调变器以及你需要的所有其它光学元件于单颗芯片上。”Kotura公司行销副总裁ArlonMartin指出。

       Kotura公司的硅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芯片间的气隙传送光学讯号，最终在堆叠芯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。