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电子蝴蝶效果

电子行业即将经历晶体管引入以来已经看到的最大变化。可以改变过去50年的每一个决定。

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每个人都听说过蝴蝶效果,其中非线性系统的小变化可能导致结果存在很大差异。在过去的40年里,电子行业近似是一个线性系统,主要由Moore的法律喂养。每个新流程节点可用的增量变化导致我们在设计的许多方面,架构和设计过程中进行增量变化和改进。

随着未来的摩尔定律现在有问题或至少减速,许多新技术已经在研究管道中,其中一些技术越来越靠近敏捷。这会产生一个有趣的情况。他们中的一些人并不是以前来自的东西的增量改进。它们从根本上不同。他们即将将电子行业转变为非线性系统,这可能导致对几十年来毫无疑问的许多决定的重新思考。

它以前已经尝试过,但摩尔定律实际上扼杀了创新。Cameron Eda的校长Kevin Cameron回忆起他早期职业生涯中的事件。“回来的方式我为inmos工作,他们正在并行处理,而你可以做一些工作的事情,你总是反对英特尔。英特尔总是在下一个节点上,所以它们总是更快的。这杀了许多新的架构。如果英特尔不能再扩展其东西,那么这是否为其他人进入并改变了建筑而提供了机会?“

英特尔曾表示,尽管其finFET工艺最近出现了一些小故障,但它至少可以扩展到5nm。而且,即使跟随英特尔的公司数量持续减少,但由于该系统的惯性太大,任何改变都不会在一夜之间发生。设计公司会尽可能地尝试使用新技术,就好像它们是一种渐进的改进。但最终,有人会打破常规,蝴蝶效应就会开始。

结果将是很多不确定性,并且可能甚至有一段时间内容不稳定。但是,它可能会导致曾经看到的技术变化最迅速。会有很多输家,但就像许多赢家一样。肯定的是,没有任何供应变化的部分会出现毫伤害。

这是一系列文章中的第一个,这些文章将研究一些新兴技术的影响。德赢娱乐网站【官方平台】半导体工程希望收到您的来信,因为我们探讨了2025年可能发生的事情。行业如何不同,它们对半导体行业的影响是什么?IP.行业,EDA,设计方法,架构和软件?所有这些地区都在压力下,我们可以坐下来看待事物,或者试图看待可能是可能的,甚至可能激励一些人与几十年中使用的人相比尝试不同的方法。[让我掉了一个电子邮件如果您有10年的行业可能看起来像什么想法。]

让我们刷新我们的记忆
考虑记忆。在20世纪40年代定义了内存与处理之间的关系。事实上,整个计算范例是基于它的。该体系结构要求单个连续的内存空间,该内存空间将持有指令和数据,并且将通过一个或某些情况访问两个基于总线的通信结构。

虽然这种安排的效率过去已经挑战,但由于系统内置的惯性以及设计了处理器和记忆的方式,它仍然存在很大程度上。软件基础的投资如此之大,我们已将其迁移到硬件的时代,以便在不扰乱软件的情况下扩展现有范式的一切。

在迁移到多个处理器的迁移中,该硬件依赖性的结果是明显的。绝大多数内存空间仍然保持在所有处理器之间连贯的一个大型连续内存空间。“对称多处理(SMP)的问题是您始终将数据拉到处理器,并且一切都卡在来自内存的数据总线中,”Cameron说。“所以你试试又添加缓存一致性,并创造更多的开销。”

所有问题都在哪里开始?“在软件中有依赖性,”CTO说超音速。“直到我做到这一点,我不能这样做,并且需要访问内存。但是如果该内存没有足够接近处理元素,则必须在下一步发生之前等待它。这就是现实。“

这突出了该体系结构的问题,处理和内存之间的速度差距越来越大,现在约为1000比1。他们之间的权力差距也在扩大。这两种技术的部分问题在于芯片外数据传输的速度和功耗。

“整个点兰姆斯是帮助DDR接口使用模拟结构的内存连接到逻辑,“总裁兼首席执行官单片3D。“这使其能够非常快速地发送信息并将其转换为逻辑。DDR接口允许内存和逻辑以允许它更快地操纵数据,但假设基于这两个实体是分开的事实。如果你把它们放在一起,所有这些都消失了。连接通道是禁止-8位,16位,128位 - 这是不可想象的,即这将变大于256,因为机械师几乎不可能。当内存放在逻辑之上时,您可以拥有数百或一百万个连接内存和逻辑的电线。这不仅仅是一种增强。它改变了整个范式并将改变架构。“

在过去的一年里,建筑芯片垂直稳步上涨。“用传统的片间插入物和粘合堆叠堆叠,通过硅通孔联系人正变得充满主流,“伙伴说节奏。“它将实现微小的半导体技术的紧张,经济高效的集成,用于存储器,逻辑,MEMS和RF,用于通信和产品的新形式因素的低能量。”

它对记忆也将产生重大影响。“这3d和记忆趋势密切相关,“直观认知咨询校长戴夫蛋顿说。“包装技术不会改变经济学。FAB集成3D改变了经济学。包装只是半步。“

或 - 巴赫解释了为什么3D内存不仅仅是死堆叠。“可以将3D内存归属以便在处理一层,可以实现多个图层。因此,当三星和东芝从24层开始时,那么32岁,然后48层,添加更多层的增量成本几乎是微不足道的。它们正在将所有图层处理在一起,这是3D存储器的关键。通过堆叠它们无法实现这些类型的收益。“

这并不意味着使用tsv进行集成没有价值。Eggleston说:“TSV大大降低了I/O功率,但并没有降低成本。”“它给你更多的密度,它有它的位置。”

Pranav Ashar,首席技术官真正的意图进一步进一步:“3D制造在允许逻辑,互连,记忆和模拟中以最适合于它们的技术分层进行快速进展。例如,您可以在用于处理器间通信的逻辑和存储器层之间夹在逻辑和存储器层之间并保持一致性的40nm GaAs光电互连层。此外,这将允许像存储器当前将变化的电路类型散到一个模具中的存储器中的芯片被隔离成异质层以获得更好的性能。“

新回忆
这不仅仅是将内存集成到包中的能力,它本身就会产生非线性变化。这一变化还有第二个重要部分。SRAM.德拉姆很久以前就停止伸缩了,这增加了对新型记忆的研究。

“随着下一代存储器(旋转扭矩,ReRAM,相变,交叉点)存在共性,其中第一个是材料科学,“蛋蛋顿说。“这些都需要工厂中的新材料,这意味着它们具有长期的交货时间。这些是尝试不同原子和不同原子组合的十年长的项目。它们也使用新物理学。它不是收取的存储空间。它们中的每一个都是不同的 - 在磁性材料中旋转,在无定形材料中的热转变,离子运动。您必须更加模拟电子产品。你也必须建模离子。“

每当提到3D堆叠时,通常有关夹层层中的功率和热积聚的担忧。“一般来说,记忆力不是电力饥饿,因为它是非易失性的,并且不需要待机的力量,”解释道。“只有在读写时才消耗电源。电线相对较短,可减少电容,因此您可以获得更多的位以获得相同的功率。您还可以连接更多的比特以获得相同的成本。“

对于围绕这些新的记忆的所有兴奋,他们可能不会导致改变发生。“我是一个恢复的记忆设计师,”Wendard承认。“过去30年来困扰计算机系统的基本问题是您永远无法获得足够的内存足够接近处理器以跟上处理器内的操作。通信延迟进入内存单元格从不衡量您想要的方式,因此您可能能够在某种程度上减少它,但内存层次结构不会消失。“

Evaderis的CEO javerlaciac,同意。“访问时间不仅是内存技术和接口的功能(总线宽度,码头和片外),它也是内存大小的函数。It means that even if you have a super-fast non-volatile technology, you’ll always pay the price of the size (even with 3D) and you will use intermediate small caches of maybe the same technology or some hybrid between SRAM and the new non-volatile memory. The huge difference is that you will decrease the latency a lot.”

尽管所有技术困难,所以正在取得进展。“你需要一些可以与逻辑集成的更快,低功耗和非易失性的东西,”Eggleston说。“那就是旋转扭矩的地方磁阻RAM.将是胜利者。他们正在谈论如何将其降至单位数NS。自旋扭矩电池小于SRAM。ST MRAM复杂,并在蚀刻之前使用像40材料放入堆叠的内容。因为这有沉积和蚀刻所需的创新,但everspin使用globalfoundries似乎正在取得很大的进步。它有40nm的设备,可以制作高达256MB,它们正在工作28nm,可以转到1GB的嵌入式内存。那是一个赢家。“

比赛远非结束。“该行业需要高容量(用于储存侧)和高耐久性(L2 / L3侧)的组合,”指出爪哇。“今天,没有这样的NVM技术。唯一的可能性是两个中断技术的混合:储存和STT MRAM(较低容量但耐久性较低的容量但较低的耐力),这意味着我们需要一个L2(STT MRAM)缓存和由于技术之间的性能,存储(RERAM或PCRAM)非常接近CPU。这是越来越靠近统一的内存,但尚未统一。“

还有额外的制造业益处。“嵌入式记忆的另一个大福利,并且需要物联网Eggleston解释说:“所有的候选技术一旦从晶体管中分离出来(RRAM做到了,SpinTorque还没有做到),就会成为行后存储。”“你已经将存储阵列从前端对齐的逻辑中分离出来,一旦你消除了晶体管,你就可以在存储阵列下面建立解码和检测放大器。这使得它非常理想,因为你不用像SRAM那样放弃那么多空间。这就是我们的目标——在soc中取代SRAM。”

前进的道路
这些内存进步可能具有许多可能的影响,其中一些内容将在本系列的未来文章中更详细地介绍。“We’ll see new device types first in memory,” predicts Rowen, “Technologies like MRAM and memristors will bridge the cost, performance, leakage and endurance characteristics of flash, SRAM and DRAM, but ultimately we may see new logic transistor and wire types emerge.”

这些可以促进计算中的大移位。“内存进步使我们能够更像是内存和逻辑被密切地绑定在一起的思想,”的内存进步使得可以创建结构。“我们已经开始在采用神经网络进行视觉处理方面开始看到此类进步。

一些变化有多大?“我们所知道的半导体技术将在15年内消失,”营销副总裁Mike Gianfagna说埃斯利昂。“2.5D3D技术将有一个良好的运行,但这些技术都不能提供所需的吞吐量,以推动创新在15年的时间跨度。这些创新将需要实时的自然语言处理、模仿人类认知的图像处理,以及以人类水平的响应时间访问海量信息数据库的能力。我们谈论的是编程范式和计算架构的根本转变。”

大多数人都认为某种变化是不可避免的。“无论最好的内存技术如何,系统都会改变内存技术,”蛋蛋顿说。“系统家伙讨厌听到这个,这就是为什么我不谈论替代品,而是通过靠近CPU的非波动性,计算架构将改变。”



1评论

凯夫 说:

英特尔最近宣布的XPoint Memory技术可能是另一个游戏更换器,但是在线媒体看着他们仍在考虑移动数据进出和退出其遗留体系结构处理器。模具堆叠XPoint与Stratix-10(四臂)FPGA是一个更有趣的计算平台,但软件工具目前落后于硅的偏远。

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