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电子产业需要摩尔定律(120627)

已有 4292 次阅读 2012-6-27 15:10 |个人分类:微电子|系统分类:科研笔记| 超级计算机, 摩尔定律, 电子产业

电子产业需要摩尔定律(120627

闵应骅

     按照2011年统计,半导体产业已经达到3000亿美元,来支持整个电子产业。但是,电子产业和汽车、娱乐、医疗器械等行业不同。电子行业需要不断增加功能吸引用户,淘汰旧产品。这就要求半导体行业的技术进步。

   拿超级计算机来说,其峰值性能=处理器每秒执行的指令数(IPSX 处理器个数,这就是所谓百亿亿次计算机,即使用1亿个处理器,每个也得有上百亿的IPS。因此,处理器芯片的速度是基础,其最大二进制吞吐量(BIT)也就是单位时间内芯片内最大的跳变次数。如果每个门都跳变,那么,最大的跳变次数就等于门数乘以处理器的工作频率。系统能力,即每秒执行的指令数μ与二进制吞吐量β有一个关系,如后面的图所示。人脑支持语言、运动和对生理功能的控制所需要的β大约等于1019 b/s,而大脑的图像处理能力要求μ大约等于1014 IPS。从图可见,我们还没有达到那个水平。我们需要新的技术和体系结构来达到更高的性能,但花费较少的功耗。

    目前,CMOS工艺的IC的主要挑战包括:

1.  提高芯片处理能力要求提高主频。而达到1-5G的频率,电路理论中的许多结论不再成立,置于开关状态的时间非常短,给逻辑电路带来许多问题。

2.  CMOS电路的功率消耗于工作频率成正比。芯片内温度升高,功耗加大,不但影响可靠性,而且可以损坏芯片。整机的功耗甚至达到一个小城市的耗电水平,而集中在一个也许100平方米的范围内。

3.  这种超大规模集成电路从设计、制造、测试、封装,都面临大量新问题。

   许多的技术改进使得摩尔定律50年有效。对于小于10纳米的工艺尺寸,人们正寻找平面印刷工具,来代替光刻,但现在尚未成功。直接的自组装工艺也在研究中。更多、更新的技术正在发展中。半导体Roadmap早就预料,CMOS IC可能进展到7纳米,所以,现在这条路子还会坚持相当一段时间。 



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