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摩尔定律让位于创新

来源:电子经理世界?? 2006年03月28日 ?? 收藏0

?????? 在日前举办的Globalpress 2006全球电子峰会的开幕式上,IBM董事、副总裁兼CTO——Bernie Meyerson博士做了主题发言,他声称摩耳定律从经济性的角度来说仍然适用,但从技术的角度来说已很难实现。

?????? 摩耳定律的经济性——即在每平方毫米的硅片上排列越来越多的晶体管——可以持续地按照比例降低成本。但是,目前晶体管的特性是以分隔它们的原子数目来衡量的,功率已成为制约摩尔定律的一大因素。“摩耳定律并没有指明把芯片做的更小更快的工艺,” Meyerson说。,“它只是说明芯片可以做的更快,价格可以更便宜。现在我们在挑战基础物理学的某些领域。摩尔定律可以使芯片更便宜,但是只有进行技术革新才能实现。”

?????? Meyerson还提到了Robert Dennard,后者于1968年就职IBM公司期间发明DRAM。他同时也对缩放比例定律做出了贡献(也可称其为“De

nnard定律”?),缩放比例定律认为,随着芯片上晶体管数量的增加,功率密度必须保持不变。过去,通过在每一个不断发展的工艺节点上降低内核电压来实现这一点;由于功率与电压的平方成正比,这种方法被证实是一种有效的途径。

?????? 但是,Meyerson说:“在经过了25至30年的有效适用之后,缩放比例定律,在130nm工艺节点出现了问题,一个1.2nm的氧氮门栅仅为5个原子层厚。没有人能够对一个晶体管的所有部分进行缩放,而且原子也无法进行缩放。因此,我们不再遵循缩放比例定律。你也可以继续遵循摩耳定律,但是功耗和散热量将快速上升。”

?????? “缩放不可能一直下去,因为原子不能进行缩放,目前已经是我们所能到达的最高点。摩耳定律将在2016年或2020年走到尽头吗?性能的提高将基于技术革新,而不是缩放比例。”

?????? 当半导体工业在20世纪90年代初期沿着双极缩放曲线前进时,他们转向了CMOS,当时CMOS是低速的,但是可以进行缩放。“我们现在就要达到CMOS缩放的极限了。我们需要其它的‘支持点’”。

?????? Meyerson认为,过去依靠缩放来提高性能,但现在已不再适用。“我们需要新的结构和新的方法。”过去性能是主要限制因素,而现在则是功率。过去有效功率是最重要的参数,而现在是后备功率。过去我们以GHz来衡量性能,而现在我们注重的是整体系统性能。过去我们建立统计学行为模型;而现在更多体现的是原子级别的特性,因而不可能再去统计其行为模式。物理成分已经改变了,因而,我们进行半导体设计的方法也必须改变。

?????? 作为技术革新的一个例子,Meyerson重点介绍了IBM在紧缩硅方面的经验。将硅拉紧会使电子沿着拉力的方向更快地移动。紧缩硅可使硅的基本性能提高35%。

?????? Meyerson同时也对晶体管材料提出了一些观点:

?????? 1.布线:内部连线技术的缩放也不能一直发展下去。新的物理现象是:我们正碰到一些基本的限制。当你想得到更小的互连尺寸时,电阻率将呈非线性比例迅速增大。

?????? 2.绝缘体:如果低K绝缘材料太小的话,有可能断裂。必须进行技术革新来使得这些材料不易折断。

?????? 3.随机掺杂效应:由于晶体管很小,掺杂性原子相对也很少。但是这些少数原子的随机波动可能极大地改变器件的特性。

?????? 4.DFM逐渐成熟:缩放比例定律的终结驱动着对更高级制造工艺的需求。

?????? 以上这些因素使得全盘设计方法成为必需。设计者必须同时最优化材料、器件、电路、芯片、系统结构、系统资源和系统软件。

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