摩爾定律讓位

　　在日前舉辦的Globalpress 2006全球電子峰會(huì)的開幕式上，IBM董事、副總裁兼CTO——Bernie Meyerson博士做了主題發(fā)言，他聲稱摩耳定律從經(jīng)濟(jì)性的角度來說仍然適用，但從技術(shù)的角度來說已很難實(shí)現(xiàn)。 

　　摩耳定律的經(jīng)濟(jì)性——即在每平方毫米的硅片上排列越來越多的晶體管——可以持續(xù)地按照

比例降低成本。但是，目前功率已成為制約摩爾定律的一大因素?！澳Χ刹]有指明把芯片做得更小更快的工藝，” Meyerson說，“它只是說明芯片可以做的更快，價(jià)格可以更便宜?，F(xiàn)在我們?cè)谔魬?zhàn)基礎(chǔ)物理學(xué)的某些領(lǐng)域，比如技術(shù)革新?！?nbsp;
　　Meyerson還提到了Robert Dennard，后者于1968年就職IBM公司期間發(fā)明DRAM。他同時(shí)也對(duì)縮放比例定律做出了貢獻(xiàn)，縮放比例定律認(rèn)為，隨著芯片上晶體管數(shù)量的增加，功率密度必須保持不變。過去，通過在每一個(gè)不斷發(fā)展的工藝節(jié)點(diǎn)上降低內(nèi)核電壓來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)；由于功率與電壓的平方成正比，這種方法被證實(shí)是一種有效的途徑。 

　　但是，Meyerson說：“在經(jīng)過了25至30年的有效適用之后，縮放比例定律，在130nm工藝節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了問題，一個(gè)1.2nm的氧氮門柵僅為5個(gè)原子層厚。沒有人能夠?qū)σ粋€(gè)晶體管的所有部分進(jìn)行縮放，而且原子也無法進(jìn)行縮放。因此，我們不再遵循縮放比例定律。你也可以繼續(xù)遵循摩耳定律，但是功耗和散熱量將快速上升?！?nbsp;

　　Meyerson認(rèn)為，“我們需要新的結(jié)構(gòu)和新的方法。”過去性能是主要限制因素，而現(xiàn)在則是功率。過去有效功率是最重要的參數(shù)，而現(xiàn)在是后備功率。過去我們以GHz來衡量性能，而現(xiàn)在我們注重的是整體系統(tǒng)性能。過去我們建立統(tǒng)計(jì)學(xué)行為模型；而現(xiàn)在更多體現(xiàn)的是原子級(jí)別的特性，因而不可能再去統(tǒng)計(jì)其行為模式。物理成分已經(jīng)改變了，因而，進(jìn)行半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的方法也必須改變。 

　　作為技術(shù)革新的例子是將硅拉緊會(huì)使電子沿著拉力的方向更快地移動(dòng)。緊縮硅可使硅的基本性能提高35%。 

　　Meyerson同時(shí)也對(duì)晶體管材料提出了一些觀點(diǎn)： 

　　★布線：內(nèi)部連線技術(shù)的縮放也不能一直發(fā)展下去。新的物理現(xiàn)象是：我們正碰到一些基本的限制。當(dāng)你想得到更小的互連尺寸時(shí)，電阻率將呈非線性比例迅速增大。 


       ★絕緣體：如果低K絕緣材料太小的話，有可能斷裂。必須進(jìn)行技術(shù)革新來使得這些材料不易折斷。 


　　★隨機(jī)摻雜效應(yīng)：由于晶體管很小，摻雜性原子相對(duì)也很少。但是這些少數(shù)原子的隨機(jī)波動(dòng)可能極大地改變器件的特性。 


       ★DFM逐漸成熟：縮放比例定律的終結(jié)驅(qū)動(dòng)著對(duì)更高級(jí)制造工藝的需求。 


　　以上這些因素使得全盤設(shè)計(jì)方法成為必需。Meyerson說，在縮放比例的驅(qū)動(dòng)下,從1998年到2003年，每年芯片性能平均提升90%。2004年以后，這種提升是靠集成來實(shí)現(xiàn)的。例如，多核技術(shù)能提高20倍的性能，這是靠同時(shí)運(yùn)行20個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)的。 

　　維持縮放比例的一個(gè)策略是在系統(tǒng)級(jí)上進(jìn)行規(guī)模集成。一個(gè)例子就是IBM的深藍(lán)超級(jí)計(jì)算機(jī)。當(dāng)它剛問世時(shí)，體積就比其它超級(jí)計(jì)算機(jī)小100倍，功耗也只有它們的1/28。 

　　Meyerson以單元處理器為例說明了處理器發(fā)展的兩大趨勢(shì)：在一塊芯片上集成多個(gè)內(nèi)核，以及與合作伙伴結(jié)盟以分擔(dān)技術(shù)革新的費(fèi)用。自從20世紀(jì)60年代以來，研發(fā)的ROI一直快速下滑?！敖Y(jié)成合作關(guān)系是解決這一問題的一大關(guān)鍵。財(cái)政現(xiàn)狀正使工業(yè)朝著加強(qiáng)技術(shù)革新聯(lián)盟的方向發(fā)展。我們必須在IP方面進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)全球化和特性差異化。”