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电力的新选择

没有单一的解决方案,但很多小事可以产生很大的不同。

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芯片制造商多年来一直在谈论电池技术、低功耗架构和能量收集方面的下一个重大突破。到目前为止,他们都没有让他们的工作变得更容易。

电池耗尽得太快,而提高可存储能量数量的技术进步得不够快,也不够安全,即使它们确实有了很大的进步,也不足以产生足够大的影响。随着越来越多的功能不断被添加到设备中,这种情况尤其明显。智能手机经常使用一天就会没电,而智能手表则可以使用好几天。充电间隔几周的目标是如此遥远,以至于没有人再谈论它了。

能量收集是许多研究的主题,但仍在进行中。虽然可以从运动、环境无线电波甚至身体热量中获取少量能量,但单一低功率占空比的概念远远超出了大多数应用的范围。

即使进入下一个流程节点也不再保证它将使用更少的电力。随着越来越小的互连的RC延迟增加,将需要新的材料。不过,这不是简单的交换。上一次重大的材料转变是在130纳米工艺中加入了铜互连,这使得摩尔定律的进展慢了几个月。添加III-V材料和新的氧化物就更加困难了。首先,并非所有这些材料都唾手可得。另一方面,它们更软,更难操作,这意味着短期内收益率将受到影响。

但即使这些材料真的可用并得到广泛使用,也不能保证能耗会更低。在每个新的工艺节点上,减少动态功率所需的技术数量将显著增加,并且随着工艺缩小到个位数纳米,泄漏电流将再次开始攀升。这是假设EUV光刻或定向自组装已经准备好为掩模设计图案,因为尝试使用八元图案进行低功耗设计并不是一个令人愉快的想法。

硅光子学是正在开发的一种降低热量的选择。新的内存类型和控制器以及2.5D和3D堆叠芯片也会有所帮助。各方都取得了重大进展。如果光子学能以合理的成本嵌入到硅中,那么就可以在降低热量和提高速度方面取得巨大的进展。光比电子移动得快,可以携带更多的数据。

所有这些进步都很重要,其中许多将在未来几年开始在一些设计中体现出来。使用堆叠芯片的内存已经成为现实,2.5D架构正在慢慢进入芯片生态系统,这降低了驱动信号所需的功率,因为电阻更小,距离更短。但真正有趣的是,当这些不同的选项变得足够成熟时,它们中的几个会被整合到一个设计中。

正如许多工程师在过去几年中所评论的那样,当涉及到电源时,没有银弹。但是,如果瞄准正确的方向,许多更小的银球可以产生和一颗子弹一样大的影响,而且在多个领域已经取得了足够的进展,其中一些将在未来几年开始显现出来。



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