焦点转移到体系结构

芯片制造商越来越多地依赖于建筑和micro-architectural变化的最大希望提高力量和性能在频谱市场,流程节点和价格点。

而死亡的讨论摩尔定律要早在1微米流程节点,毫无疑问,越来越难了即使是最大的芯片制造商保持曲线。例子:最终版本也是今年夏天推出。在准备,IEEE5月宣布,计划创建一个国际设备和系统路线图,提供指标相关的特定市场,而不是一个放之四海而皆准的路线图几乎完全基于设备扩展。这是6月份的先进的包装路线图从IEEE和半为系统包。

这两个举措,以及许多其他人一样,指向越来越依赖于体系结构和微体系结构优化,性能和面积,而不是增加更多的晶体管到死。他们施加更多压力建筑师types-power,芯片,系统和软件替换设备提供的收益一旦扩展。

“建筑师用来帮助定义一个新家庭的芯片,”Mike Gianfagna说,负责营销的副总裁eSilicon。“现在他们在定义新的芯片。所不同的是,一个新的家庭的芯片每隔几年就会发生。一个新的芯片每隔几个月。”

有明确的证据证明这一转变是在起步大芯片公司,如英特尔、三星、AMD和Nvidia,摔跤,减少权力/几个流程节点的性能收益。上个月在热芯片发布会上,他们释放新的架构,减少功能扩展到一个旋钮将在设计中。同等或更大的重点放在信号内存和I / O吞吐量,包括并行化,降低功耗,芯片将为特定的市场提供竞争优势如何使用,而不是让一个通用处理器的性能规格与下一个。

Nvidia的新帕克SoC就是一个例子。该公司推销各种自治机器的计算平台。该设备为吞吐量和建造速度。因此,尽管它包含一个16 nmfinFET的CPU,有两个64位的ARM核和四个A57s“丹佛”,它还包括很多其他芯片,包括一个256 -核心GPU,显示和音频引擎,一个安全引擎,一个安全引导处理器,和DDR4内存,这是刚刚开始被用于服务器。

“这是优化运行工作量巨大,并且使用电池,”安迪Skende说,首席建筑师Nvidia公司的新芯片和一个杰出的工程师。管道支撑芯片的信号是一个三重管道支持多达八个虚拟机使用借助硬件虚拟化。“每一个虚拟机可以控制自己的展示。”

虚拟化是一个芯片的安全的一部分,Skende表示架构的端到端。

图1:Nvidia的帕克芯片架构。来源:Nvidia。

新来的是强调数字马力汽车应用市场总体芯片性能没有被考虑在past-combined电源管理和安全。

在天平的另一端,英特尔推出了新的嵌入式单片机芯片物联网市场基于夸克体系结构和设计“工作周期的用例,”彼得·巴里在英特尔首席工程师。

“这是设计运行10年coin-cell电池,”巴里说。“权力的目标是1毫瓦的积极力量。”

图2:英特尔的单片机权衡。来源:英特尔。

英特尔的单片机是优化成本,性能和权力同时,所以它可能会平均售价1美元至1.50美元,他说。他说记忆等组件的基础上选择成本,这对英特尔是不寻常的。“你也可以得到30%的力量改善通过切换到一个较低的(内存)保留模式”。

三星的14 nm四核M1进行多流预取”与无序的指令执行和神经网络预测另一个独特的体系结构有多种用途。即使是AMD的禅宗架构是x86上的一个新的转折,作为PCIe I / O专用车道。

“我们看到很多聪明的加速度数据,”史蒂文说哇,杰出的发明家和解决方案营销的副总裁Rambus。“我们已经依赖于摩尔定律,超过了所有其他曲线存储、网络和记忆。但有这么多的数据。现在的瓶颈移动数据。它可能将处理数据比数据的处理。这是小的。”

内存的难题
获取数据的内存是一个巨大的问题这些天在每一个层面,这就是为什么有这么多新东西内存类型被引入。每个人都有好处,以及缺点。

位于加州圣克拉拉的闪存峰会。上个月,流行语是“存储类记忆”或SCM。尽管这个术语仍比证明现实的愿望清单项,它指向一个问题今天在系统架构。花了很长时间得到的数据处理器动态随机存取记忆体,从DRAM外部存储器。固态硬盘运行速度更快,使用更少的能量比磁旋转磁盘,但是现有技术不够健壮的委托的存储有价值的数据。

虽然有很多可能candidates-3D-XPoint,ReRAM,MRAM——权衡,包括性能、力量和经济学。后者取决于是否有足够的支持任何一个这些技术能够实现同样的规模经济,DRAM和旋转媒体取得了。

但无论记忆类型获胜,获取数据的挑战,记忆的更快速、高效地催生了一些有趣的架构方法。除了流水线,这在高速架构是司空见惯的事情,今年也被大量的关注硅光子学。

英特尔上个月宣布,已开发出一种集成硅光子学激光直接到芯片使用现有的生产流程,打开大门内运动之间的数据和系统快得多。这是克服利用现有的存储内存瓶颈的关键,为建筑师提供更好的选项来优化性能,力量,并最终降低成本和开销的大量数据。

这绝不是唯一的选择,然而。事实上,公司正在尝试新的方法来结合现有技术生产完全不同的东西。

存储类的记忆,我们的目标是增强耐力和接近DRAM的访问时间,但肯定比NAND快更好的耐力,”黄说盛,技术营销总监迈威尔公司的存储组。“我们开始看到DRAM搭配非易失性内存固态硬盘与硬盘驱动器。从用户的角度来看,他们看到一个驱动器,但这是一个混合硬盘驱动器。硬盘也缓存,所以你利用数据的位置。苹果系统,他们有软件的缓存和他们知道操作系统文件,所以他们会说这是要使用的文件。对于世界其他地区,混合动力技术将是下一个大事件。”

不过,这些选项是新技术。凯文Ilcisin,产品营销的副总裁国家仪器说,有大量的证据表明,在市场上大的变化正在进行中。“半导体特性是很大一部分我们做什么,我们与很多客户独特的需求。他们需要完成一系列的测试,我们支持让这些测试的能力。但他们也需要迅速改变这些测试协议。”

然而,即使这些技术特点,证明在硅中,没有人能识别所有可能的角落。甚至一些简单的内存控制器可能会导致一些问题。所以对于建筑师来说,这带来了前所未有的机会和潜在的雷区。

限制风险
这有助于解释为什么很多公司都开始在旧的节点,在更好地了解风险-效益方程。新选项的数量上升与新老节点内存体系结构和调整现有的流程。事实上,这就是绝大多数的芯片架构师正在今天。随着半导体市场之间的差距继续巩固那些finFETs和坚持平面晶体管,上述创新在22纳米,尽快上升低于22纳米。而不是表现得像“快速的追随者”,建立节点部分正在经历重大的前沿的创新。

“人们工作更聪明更年长的节点,“说,公司的首席执行官Teklatech。新技术”最大的问题在于,他们这么贵你需要大量有意义。如果你看看不同的市场有不同的优先级。在汽车、鲁棒性比性能变得越来越重要。因此人们转向物理设计,建筑设计和应用。这是整个堆栈。现代汽车的未来将是一个车轮上的超级计算机。但它必须工作。”

不同的基质在现有节点,如FD-SOI,收到了大量的关注,。公司尤其如此,权力是一个巨大的问题,但finFETs太贵了。GlobalFoundries今天宣布12海里FD-SOI平面技术,它将提供性能提升了15%今天的finFETs和更低的能耗50%。

也新FD-SOI方面是如何扩展的检查身体偏压取代多个核心。首席执行官韦恩戴VeriSilicon表示,目标是取代异质核心的单芯可以有效地处理多个函数,无论是用于光或密集的计算任务。

其他领域的焦点
虽然功率和性能继续推动许多架构决策,安全越来越table-particularly的座位安全关键应用。

对于一些公司来说,这已经成为一个区域的区别。Anti-fuse一次性可编程例如,NVM正逐渐融入安全应用,据李太阳,现场应用工程师Kilopass”,它不能使用被动攻击,semi-invasive和侵入性方法。芯片包含加密密钥或其他独特的标识符,需要单独程序每个芯片和安全的一种方式。在过去,任何人都可以买一个模拟解码器和免费有线电视频道。这些天,每个盒子都有一个唯一键,只允许验证用户访问通道。这些密钥加密并存储在芯片硬件。”

这些细节是在设计过程中进一步的处理。但随着集成收紧为个人服务市场,即使这些部分正在进一步的设计过程。需要更多的信息来处理,作出更多的决定,和一个很好的方法,尽快修复错误。尽管建筑创新可能前进道路上,仍然有很多问题需要回答。

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