專(zhuān)家觀點(diǎn):暗場(chǎng)矽晶象征黑暗時(shí)代即將來(lái)臨?
雖然傳統(tǒng)的制程微縮得以在晶片中填入更多的電晶體,卻使得晶片永遠(yuǎn)處于更“黑暗”的狀態(tài),而新興的單晶片 3D 技術(shù)可望讓晶片得以“重見(jiàn)光明”。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/269648.htm“暗場(chǎng)矽晶”(dark silicon)指的是晶片中必須斷電以避免過(guò)熱的部份。在2014年的國(guó)際電子元件會(huì)議(IEDM)上,ARM的總工程師Greg Yeric指出,在20nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)(包括16/14nm FinFET )時(shí),暗矽的部份預(yù)計(jì)將占整個(gè)晶片面積的1/3,而到了5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)還將增加到占80%的面積。
如今,制程微縮不再遵循Dennard's Law,在更薄閘電介質(zhì)時(shí)越來(lái)越難以避免漏電急劇增加,“因此,盡管幾何尺寸持續(xù)微縮,閾值電壓卻未隨之降低?!?/p>
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不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)的暗矽趨勢(shì)
一旦考慮到晶片成本,這種黑暗的前景似乎更是雪上加霜。在最近的SEMI產(chǎn)業(yè)技術(shù)論(ISS),博通(Broadcom)總裁兼執(zhí)行長(zhǎng)Scott McGregor表示,呈指數(shù)上升成本將對(duì)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)變化:
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每電晶體成本持續(xù)攀升
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設(shè)計(jì)成本急劇增加
這為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)描繪了一個(gè)非常黑暗的未來(lái)。為了開(kāi)發(fā)使用更昂貴電晶體的設(shè)計(jì),我們更需要指數(shù)級(jí)的投資。因此,Scott McGregor總結(jié)指出這個(gè)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的重大變化”將是不可避免的。
為了尋找隧道盡頭的一線曙光,ARM技術(shù)長(zhǎng)Mike Muller提出以下三點(diǎn)建議:
.推動(dòng)如絕緣矽(SOI)等新的晶片技術(shù)進(jìn)展
.利用高能效、高密度的記憶體來(lái)填補(bǔ)部份的“暗場(chǎng)”
.結(jié)合最佳制程技術(shù),以 3D IC 實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。 3D IC 將“成為我們提供高能效解決方案的關(guān)鍵部份”。
的確,Sony日前宣布加入FDSOI Club,未來(lái)可望“使其GNSS晶片功耗從10mW降低至1mW?!?/p>
在IEDM 2014,多個(gè)研究論文都提出了單晶片 3D 技術(shù)與記憶體,如 RRAM 可在邏輯元件頂端成形為后段制程(BEOL)的一部份,有效地形成單晶片 3D 電路。此外,單晶片 3D 的一般情況是,上層電晶體自然形成SOI,因而可透過(guò)結(jié)合降低閾值的 SOI 達(dá)到功效提升,同時(shí)降低平均導(dǎo)線長(zhǎng)度,并進(jìn)一步降低導(dǎo)線功率與延遲。CEA Leti攜手ST Micro、IBM與高通(Qualcomm)等公司,發(fā)表了單晶片 3D 技術(shù) CoolCube ,可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) 3D VLSI 微縮。下圖顯示CEA Leti發(fā)表期望在未來(lái)打造的全球單晶片 3D 生態(tài)系統(tǒng)。
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單晶片3D生態(tài)系統(tǒng)
單晶片3D 技術(shù)可望帶來(lái)更廣闊的光明前景。直到最近,邁向單晶片 3D 的道路必須變更至前段制程(FEOL)。 FEOL 的制程改變一直是微縮的一部份,但它相當(dāng)昂貴,而且大多只能由技術(shù)先進(jìn)的主要業(yè)者來(lái)進(jìn)行。如今,隨著新興的精確接合機(jī)(如EVG或Nikon推出的產(chǎn)品) 等工具進(jìn)展,改變了單晶片 3D 技術(shù)的游戲規(guī)則?!?..真正的單晶片 3D IC 并不需要新的電晶體資訊配方?,F(xiàn)有的任何晶圓廠就能在制程技術(shù)上因應(yīng)變化調(diào)整,為一系列的產(chǎn)品功能強(qiáng)化提供非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本,以及透過(guò)微縮為更好的產(chǎn) 品組合提供長(zhǎng)期的發(fā)展藍(lán)圖?!?/p>
最終的結(jié)果是,雖然傳統(tǒng)的制程微縮看起來(lái)將使晶片永遠(yuǎn)處于更“黑暗”的狀態(tài),但新興的單晶片 3D 技術(shù)可望讓晶片得以“重見(jiàn)光明”。
評(píng)論