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芯片設(shè)計(jì) |
| 作者：shao2005 欄目：嵌入式系統(tǒng) |
目前全球依然有數(shù)十億的人沒有手機(jī)，更不用說PC機(jī)了。因此如果芯片廠商能夠進(jìn)一步延長摩爾律有效期，那么數(shù)字電子產(chǎn)品的價(jià)格將變得足夠廉價(jià)以至于每個(gè)人都能購買得起，而芯片產(chǎn)品更加強(qiáng)大的計(jì)算功能也使得電子產(chǎn)品愈發(fā)展智能化以至于它們能夠聽懂人類的自然語言甚至還可以做出回答。 然而不像以前，現(xiàn)在摩爾律的適用空間正越來越小，支撐其摩爾律需要更多的想象力。到目前為止，芯片廠商實(shí)現(xiàn)摩爾律的方式無非是一種：通過縮小芯片上晶體管的體積從而在芯片集成更多的晶體管來實(shí)現(xiàn)芯片速度的提升，由于晶體管體積縮小了導(dǎo)致了電子傳送距離的縮短，從而加快了數(shù)據(jù)處理速度。 然而晶體管體積不可能無限制縮小，為此這種實(shí)現(xiàn)模式正在面臨挑戰(zhàn)。在上世紀(jì)90年代，這種方式大行其道，然而在今天隨著芯片上電路密集，芯片的發(fā)熱量迅速增長，性能也開始打折。這也就是為何近年來芯片巨頭英特爾和IBM額新款芯片產(chǎn)品屢屢推遲發(fā)布日期的原因。 即時(shí)如此，芯片廠商依然表示在撞墻之前它們依然能夠通過縮小晶體管的方式開發(fā)出幾代新款處理器。芯片廠商在不斷嘗試新的材料以及生產(chǎn)工具，許多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為在納米技術(shù)在芯片開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)獲得長足進(jìn)步。目前芯片中其電路的寬度大約為90納米，而今年預(yù)計(jì)將縮小為65納米，到2010年將進(jìn)一步縮小為45納米，2013年為32納米，2016年為22納米。"而在這以后，尚不清楚下一步該如何走。"英特爾的技術(shù)策略主管保羅-加爵尼如是說。 幸運(yùn)的是，縮小晶體管體積不是唯一提升芯片性能的方法。早已經(jīng)獲得應(yīng)用的多內(nèi)核策略就是另一種解決方案，在一個(gè)芯片上集成多個(gè)處理器內(nèi)核照樣可以提升性能，不管這需要對運(yùn)行的軟件系統(tǒng)進(jìn)行翻新。此外，工程師們正在設(shè)計(jì)一種全新的方式來布局芯片上的電路-它采用分層來堆迭電路，這是一種3D構(gòu)架的電路布局模式。這些開發(fā)策略應(yīng)該能夠支撐2270億美元的全球芯片產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展數(shù)年，它們將是芯片的性能實(shí)現(xiàn)飛躍。 在這些實(shí)現(xiàn)芯片性能提升的措施中，第一款超級芯片就采用了多內(nèi)核策略。業(yè)內(nèi)人士指出，芯片中的多內(nèi)核不僅能夠提升芯片的計(jì)算速度，而且可以有效地降低發(fā)熱量。 芯片廠商AMD、IBM和英特爾已經(jīng)開始推出了臺(tái)式機(jī)多內(nèi)核處理器，多內(nèi)核的思路很容易理解。數(shù)十年以來，超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遵循著類似的原則，成打的處理器協(xié)同工作以提升性能計(jì)算速度。不過兩個(gè)領(lǐng)域依然存在差別，IBM的藍(lán)色基因/L超級計(jì)算機(jī)夏天使用了6萬5千個(gè)處理器，而個(gè)人計(jì)算機(jī)中使用的芯片其處理器內(nèi)核最大不會(huì)超過8個(gè)。 芯片"摩天大廈" 然而一種更為激進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)構(gòu)思正在醞釀之中，這是一種3D構(gòu)架的電路布局模式，它像蓋房子一樣通過采用分層來堆迭電路。德州儀器的首席技術(shù)官漢斯-斯托克表示，消費(fèi)電子產(chǎn)品廠商早就開始向這個(gè)方向努力。便攜設(shè)備如手機(jī)和PDA產(chǎn)品其空間有限，為此各個(gè)獨(dú)立的芯片被層迭起來，通過電路板區(qū)分，并通過毫米線連接起來。 為何層迭芯片會(huì)提升速度和削減功耗了？業(yè)內(nèi)人士解釋，如果將一塊1平方厘米的芯片等分為四塊，每塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，并層迭起來，那么電子通過的最大距離將從2萬微米縮間為10微米。無疑更短的路徑提升了速度，同時(shí)減少了驅(qū)動(dòng)電子流動(dòng)的能量，從而降低了發(fā)熱量。將目前兩個(gè)90納米的芯片層迭起來，其計(jì)算速度可以和6年后問世的32納米芯片相媲美。 然而3D芯片的實(shí)現(xiàn)依然存在許多技術(shù)上的難題，而這些問題的解決需要很長的時(shí)間。就像建造一個(gè)摩天大樓比建造一個(gè)平房要困難得多，打造一款3D芯片將需要復(fù)雜的3D設(shè)計(jì)工具以及開發(fā)方法。 芯片架構(gòu)物理上的重組將迫使軟件系統(tǒng)做相應(yīng)的改變。在多內(nèi)核計(jì)算環(huán)境下，軟件系統(tǒng)應(yīng)該充分利用多內(nèi)核的特性，將處理的任務(wù)劃分為多個(gè)子任務(wù)，并提交處理器并發(fā)執(zhí)行。然而不幸地是，目前大多數(shù)的軟件系統(tǒng)沒有針對多內(nèi)核計(jì)算環(huán)境進(jìn)行過優(yōu)化，無論是在嵌入式應(yīng)用還是臺(tái)式機(jī)應(yīng)用。業(yè)內(nèi)人士指出，一旦軟件經(jīng)過相應(yīng)優(yōu)化，其性能將迅速提升，特別是對媒體軟件和游戲軟件來說更是如此。 然而要讓所有的軟件系統(tǒng)具備并發(fā)處理能力這得耗時(shí)數(shù)年的時(shí)間，而且開發(fā)多處理軟件系統(tǒng)本身就是編程領(lǐng)域一件最難的事情。正是這種強(qiáng)大的挑戰(zhàn)，英特爾1萬名軟件人員中的3千名致力于幫助軟件開發(fā)商向多內(nèi)核系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。 自從1965年戈登-摩爾提出這一著名論斷以來，芯片產(chǎn)業(yè)界在其發(fā)展歷程中遇到了重重障礙，但是每次都絕境逢生。為此已經(jīng)退休的摩爾本人承認(rèn)他被整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的生存能力所折服�，F(xiàn)在這些全新的芯片設(shè)計(jì)構(gòu)思或許會(huì)再度讓摩爾折服。 |
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