將摩爾定律進行到底

    摩爾定律是指IC上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。摩爾定律是由英特爾 (Intel)名譽董事長戈登·摩爾（Gordon Moore）經過長期觀察發現于1965年得之。40年中，半導體芯片的集成化趨勢一如摩爾的預測，推動了整個信息技術產業的發展，進而給千家萬戶的生活帶來變化。
    毫無疑問，“摩爾定律”對整個世界意義深遠。在回顧40年來半導體芯片業的進展并展望其未來時，信息技術專家們說，在今后幾年里，“摩爾定律”可能還會適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。“摩爾定律”何時失效？專家們對此眾說紛紜。
    英特爾公司將在2月8日-12日于美國舊金山舉行的國際固態電路會議（ISSCC）上發布15篇技術論文。英特爾高級院士馬博（Mark Bohr）將受邀出席全體大會并發表主題演講。
    馬博將在演講中重點探討即將到來的全新“片上系統（SoC）時代”，并說明它將如何影響半導體制造商實現創新方式的根本性轉變，以確保摩爾定律在今后十年內繼續保持活力和發揮作用。
    圍繞這一主題，英特爾將介紹可改善未來片上系統（SoC）性能的數項關鍵技術，包括可集成于未來片上系統（SoC）中、能夠為用戶帶來高性價比、高能效隨時隨地無線聯網體驗的先進數字無線技術，以及適用于小型移動設備的、可在更低功耗下實現更逼真應用視覺效果的圖形處理技術。
    英特爾還將主持本次國際固態電路會議上超過半數的微處理器研討會，并將發表四篇有關45納米制程企業級處理器、包括其首款8核處理器的技術論文。
    以下為本次國際固態電路會議上英特爾部分技術論文和報告的內容摘要。
    片上系統將使摩爾定律繼續發揮作用
    《SOC領域迎來全新拓展時代》
    馬博（Mark Bohr） 英特爾公司技術與制造事業部高級院士兼制程架構與集成總監
    隨著英特爾對開發高能效計算和高移動性產品的日益重視，以往采用更小尺寸晶體管構建更大型高頻率微處理器內核的趨勢正逐漸走向終結。馬博將在本次研討會上討論晶體管開發與電路設計的根本性轉變，從而實現微處理器領域的持續創新。這一新時代被稱為“片上系統時代”，實現完全性的系統集成將是未來的主要挑戰。英特爾計劃憑借自身雄厚的芯片設計實力、工廠產能、先進的制造技術和摩爾定律中的經濟優勢，打造一系列高度集成化且能針對Web應用進行優化的全新專用片上系統（SoC）設計與產品。
    創造面向未來片上系統設計的數字無線技術
    未來的片上系統（SoC）將在芯片內集成靈活的無線技術，從而開創嶄新的移動通信時代。目前為了實現“隨時隨地聯網”，人們需要在平臺中加入其它無線技術（如Wi-Fi、WiMax、3G、藍牙技術等），這些都會占用系統空間、消耗電能、影響計算性能和用戶體驗。英特爾研究人員正積極尋求可將更多無線組件集成在芯片內的技術手段，進而降低成本、提高性能。英特爾研究人員還將展示三項里程碑式的創新研究設想，用以實現數字無線通信和未來全功能型SoC。
    《一款1.1伏、50毫瓦、2.5Gb/s、7位的45納米制程LP數字型時間交叉存取C-2C SAR模數轉換器》
    “A 1.1V 50mW 2.5Gb/s 7b Time-Interleaved C-2C SAR ADC in 45nm LP Digital”
    本文詳細介紹了60GHz無線領域的一項全新技術。該項技術通過將多個簡單的模數轉換器（SAR ADC）藕合在一起，并同時向它們分派任務，從而將模擬信號轉換為數字信號。這種方法的優勢在于：
    數據傳輸速率超過5Gb/s，能在10秒鐘內完成一部DVD畫質電影內容的無線傳送。
    業內首款能夠在純CMOS環境下以2.5Gb/s速率進行7位精度解析的模數轉換器，是相同性能水平下數字無線技術領域的重大突破。
    能效表現與目前業內一流的模數轉換器相當，但精度更高。
    《一款基于45納米CMOS制程的4.75GHz、采用數字偏頻校正的小數分頻器》
    “A 4.75GHz Fractional Frequency Divider with Digital Spur Calibration in 45nm CMOS”
    模擬無線信號處理往往具有先天性效率不足的問題，因此需要通過過濾手段來修正頻譜雜質（稱為“頻率不匹配”）。過濾過程之所以必要，是因為純本機振蕩器（LO）信號對于實現良好的靈敏度和穩定的數據傳輸具有重要意義。以前的過濾方法需要用到許多感應器，這不僅占用空間、消耗能源，還會增加成本。本文在業內率先提出了如何通過數字技術實施所需的壓控振蕩器（VCO）頻率變換，并實現高LO純度所需的電路校準。這種數字技術的優勢在于：
    減少所需的組件數量，進而縮小芯片尺寸。
    采用創新技術，利用45納米CMOS制程中門延遲的先天性可變特點來測量和校準不匹配問題。
    《一種基于32納米CMOS制程、帶寄生電阻補償且基于ΔΣ的1.05伏、1.6毫瓦、0.45°C、3σ解析度的溫度傳感器》
    “A 1.05V 1.6mW 0.45°C 3σ-Resolution ΔΣ-Based Temperature Sensor with Parasitic-Resistance Compensation in 32nm CMOS”
    本文介紹了業內首個面向高-k金屬柵極數字式32納米CMOS制程微處理器應用的溫度傳感器。其多個遙感器被用于測量整個多核芯片的溫度。處理器控制單元可與這些傳感器協同工作，為較高層次的軟件組件提供精確的溫度信息，以協助其完成一系列管理和優化任務。在多核計算時代，散熱/功耗管理是決定平臺性能和能效的關鍵。這項技術成果的優勢在于：
    可改善微處理器的電源管理能力。
    在確�？煽啃缘那疤嵯�，最大限度提高微處理器性能。
    通過多點熱點溫度測量來實現負載平衡，以限制泄漏。
    維持較低的運行壓力，以延長處理器組件的壽命。
    采用多個傳感器，實現更精準的識別和干涉。
    為小型移動設備提供更好的圖形支持
    為了進一步提高移動設備上多媒體、圖形、信號處理等最消耗計算性能和能源的應用操作的能效表現， SIMD計算至關重要。SIMD是指用單一指令來處理多個數據元素（如圖像中的全部像素）。隨著設備尺寸逐漸縮小和應用視覺效果日趨增強，人們需要更先進的技術，在降低能耗的同時完成更多的SIMD處理。當前SIMD加速電路的泄漏電流較高、電源管理能力有限，同時也無法很好地擴展至較低電壓。
    《一款基于45納米CMOS制程的 300毫伏、494GOPS/W且可重新配置的雙電源4路SIMD向量處理加速器》
    “A 300mV 494GOPS/W Reconfigurable Dual-Supply 4-Way SIMD Vector Processing Accelerator in 45nm CMOS”
    本文將展示一款能夠為任何平臺（尤其是筆記本電腦、MID和其它小型設備）提供更豐富的多媒體內容和更逼真的視覺效果的45納米制程原型SIMD加速器芯片。這項新技術能夠實現：
    在標準電壓下提供超出目前產品10倍的能效表現。
    其電路還能平滑擴展至超低壓（從1.3伏降至230毫伏）。
    將電壓降至300毫伏后，芯片能效可進一步提高8倍。
    業內領先的45納米制程企業級處理器
    《45納米制程8核企業級至強?處理器》
    “A 45nm 8-Core Enterprise Xeon? Processor”
    8核16線程企業級至強?處理器內含23億個晶體管，均采用9層金屬的 45納米CMOS制造工藝。
    I/O鏈路使用每通道TX和RX補償機制，使運行速度最高可達6.4GT/s。
    《45納米制程IA處理器系列》
    “A Family of 45nm IA Processors”
    下一代IA處理器系列，基于45納米高-k金屬柵極CMOS制造工藝，擁有最多達8個內核、強化的酷睿?微架構、三級緩存和2路SMT。
    該系列擁有一致性的點到點鏈路并且集成了內存控制器、電源管理微控制器和門控電源晶體管。
    《四核安騰?處理器上的動態頻率轉換時鐘系統》
    “Dynamic Frequency-Switching Clock System on A Quad-Core Itanium? Processor”
    下一代英特爾?安騰處理器，代號“Tukwila”，集成了四個內核和一個系統接口，該接口包含六個英特爾QuickPath? Interconnect通道和四個內存互聯通道。
    其700 mm2核心尺寸和高度集成在能耗和變動補償方面給時鐘系統設計帶來了挑戰。
    本論文針對的正是這些挑戰，并解釋了電壓-頻率管理解決方案如何優化處理器的能耗和散熱層。
    《使用45納米制程6核至強?處理器實現每分鐘100萬次TPCC》
    “Over 1 Million TPCC with a 45nm 6-Core Xeon? CPU”
    一個單片式6核至強?處理器通過采用9層金屬的45納米CMOS制造工藝集成了19億個晶體管，并且包含9MB二級緩存和16MB三級緩存，在8插槽配置下的TPCC值超過每分鐘100萬次交易。
    其FSB I/O電路位于芯片中心，可以降低I/O延遲。