本周，在華盛頓特區(qū)召開的年度國際電子設(shè)備大會(huì)(IEDM)上，一場主題演講表示，讓芯片變得更小、更快地工作正在變得越來越難，而且成本也越來越高，但是仍然有希望實(shí)現(xiàn)摩爾定律的論斷。在一場寬泛而公允的對(duì)話中，ARM的一位高級(jí)研究人員詳細(xì)介紹了各種技術(shù)和未來的挑戰(zhàn)。
來自奧斯汀的ARM Research的Greg Yeric在一篇IEDM的文章中寫道，“半導(dǎo)體行業(yè)需要擴(kuò)大戰(zhàn)線，在所有的方面，包括更高的技術(shù)復(fù)雜性，在技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化上進(jìn)行投資以及最終的技術(shù)體系優(yōu)化，才能跟上摩爾定律描述的步伐。”
Yeric寫道，由于“越來越多的設(shè)計(jì)限制，包括能耗限制、電路寄生效應(yīng)、多變性以及當(dāng)然會(huì)出現(xiàn)的成本限制”，工程師們需要使用很多補(bǔ)救措施，這些措施可能會(huì)“破壞并且可能稀釋規(guī)模效益?！彼a(bǔ)充表示，因此，“預(yù)計(jì)有可能會(huì)為了日程安排做出重大犧牲，而且理解潛在的變化可能帶來的成本—收益將會(huì)變得更加復(fù)雜。”
他寫道，“可能在內(nèi)存方面表現(xiàn)得最為尖銳，DRAM擴(kuò)展需求正在爆炸，很多應(yīng)用程序所需要的存儲(chǔ)數(shù)量和水平都在提升?！?/p>
Yeric認(rèn)為將現(xiàn)在的內(nèi)存和邏輯器件結(jié)合在一起的芯片堆棧的做法看起來比目前的替代內(nèi)存體系架構(gòu)更有前途。
Yeric寫道，固定模面積的成本在28納米之后和之前的節(jié)點(diǎn)相比至少翻了一番，小體積原型的成本就變得異常高昂。(圖片來源：IEDM，ARM)
他表示，“電阻RAM和相變存儲(chǔ)器的物理特性更有可能在密度和耐力方面帶來局限性，使之無法達(dá)到主內(nèi)存的要求?！彼a(bǔ)充稱，“如果MRAM的能耗和成本提高，它超強(qiáng)的耐力會(huì)讓它成為一種使存儲(chǔ)具備計(jì)算能力的潛在選擇對(duì)象，但是讀邊距和寫干擾的問題仍然會(huì)限制可能實(shí)現(xiàn)的密度。”
關(guān)于工程師們是否能夠找到在復(fù)雜之中制造更便宜的晶體管的方法的爭論由來已久，Yeric公允地評(píng)價(jià)了這場曠日持久的辯論。他寫道，“在28納米水平之下，我們可以降低成本，盡管速度還比較慢?！?/p>
他寫道，使用多個(gè)光刻機(jī)制造更為精細(xì)的模板的做法增加了成本，“但是針對(duì)7納米節(jié)點(diǎn)的分檔器將會(huì)比那些用于28納米節(jié)點(diǎn)的分檔器速度快50%。”同時(shí)，他補(bǔ)充表示，“膜行業(yè)承諾將繼續(xù)大幅度減少寫入時(shí)間，而且，多電子束膜寫入可能極大地提高成本規(guī)模?！?/p>
Yeric對(duì)于極紫外線(EUV)光刻技術(shù)持懷疑態(tài)度，這項(xiàng)技術(shù)長期以來一直被認(rèn)為是最有希望刻出更好的模板，但是這非常有挑戰(zhàn)性，他寫道，這種技術(shù)“就算是能用，可能也不能用于7納米”。
他補(bǔ)充表示，“在7納米之外，EUV可能需要多種模板，因此對(duì)于5納米及以下的規(guī)格來說，成本是不確定的?！彼€補(bǔ)充表示，“定向自組裝是一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)(是替代EUV的另一種選擇……但是)它有著自身獨(dú)特的局限性，只有有限的引導(dǎo)模板可能是可行的，從中我們將能夠創(chuàng)建一組有限的最終模板?！?/p>
其他的挑戰(zhàn)還包括工程師們可能創(chuàng)造的芯片所具備晶體管數(shù)量超出他們可以承受的水平。
他寫道，所謂的暗硅(dark-silicon)問題需要突破電路寄生效應(yīng)和芯片線路擴(kuò)展問題，“這可能包括多層石墨烯互聯(lián)以及/或碳納米管道?！彼a(bǔ)充表示，“在16/14納米之下，一半的能耗和性能都會(huì)損失在線路上，相比之下，它們?cè)趲讉€(gè)節(jié)點(diǎn)之前還只是小問題?！?/p>
Yeric寫道，如果沒有新的解決方法，芯片上的暗硅(dark silicon)的比例將會(huì)增加。
他寫道，同時(shí)，隨著芯片變得越來越小，可靠性也變成了一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。諸如偏壓不穩(wěn)定性、隨機(jī)電報(bào)噪聲和軟錯(cuò)誤率等揮之不去的問題“可能導(dǎo)致適應(yīng)性設(shè)計(jì)的代價(jià)變得更加高昂”，比今天所使用的緩解方法更加昂貴。他補(bǔ)充表示，“最終收益管理也許會(huì)面臨挑戰(zhàn)，需要依靠檢查并識(shí)別關(guān)鍵工藝的能力以對(duì)抗消失的尺寸帶來的負(fù)面影響。”
Yeric表示有幾個(gè)領(lǐng)域大有希望，包括在優(yōu)化專門計(jì)算塊以降低能效方面一直在進(jìn)行的工作。
他寫道，“GPU和最終圖像識(shí)別處理器可能會(huì)朝著近似計(jì)算發(fā)展……(而且)可以通過排序和匹配等常見功能提供駐內(nèi)存支持來進(jìn)一步提高效率，朝著真正的‘駐內(nèi)存處理器’的方向前進(jìn)。”
他認(rèn)為，工程師們還可以進(jìn)一步使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建塊。然而這種處理和內(nèi)存的混合體可能需要改變今天單獨(dú)設(shè)計(jì)、制造邏輯和存儲(chǔ)芯片的方法。