一对一:黑硅

教授迈克尔·泰勒在加州大学圣地亚哥分校的研究小组正在研究如何利用黑硅电路优化设计的能源效率。他与半导体工程post-Dennard比例制度,能源效率从集成电路的数据中心,以及制造业方面如何帮助。以下是摘录的谈话。(另一个黑硅,看到相关的故事在这里)。

SE:继续晶体管扩展你的视力吗?

泰勒:一般而言,当我们谈论摩尔定律我们讨论每个晶体管或晶体管密度的成本。现在的情况已经有所不同了。到底是什么驱使我们进入下一个流程一代能源效率。随着我们缩小晶体管晶体管越来越节能然后我们可以做更多的计算功率预算。尽管有一些人说,‘嘿,每个晶体管的成本可能上升与新一代过程,“只要我们缩小的能源变得更好,事情将继续下去。如果能量没有得到更好的东西很快就会停止,也许除了在RAM等一些非常具体的领域,我们并不是真正的专注于电脑,而是专注于数据存储。

SE:驱动功耗是我们缩小实际上是相当困难,因为泄漏问题,物理通道和阈值电压实际上是不会像你希望它。这是相对于功能扩展的趋势,对吧?

泰勒:没错。在你的文章谈到了Dennard缩放。我们现在在post-Dennard政权。Dennard扩展的两个关键变量,提高能源效率是电压缩放,它需要特殊的扩展,所以这部分我们不能做太多。但另一个关键部分是电容式扩展,因此,随着晶体管越来越小电容也减少。当你看能量成正比的简历²,虽然我们不是提高V等式的一部分,C部分是改善。它不是完全一样的比例意味着,但我们已经改进了,在最近的过去。所以在我看来,电容比例确实是需要持续扩展的关键是有用的。自65海里,东西真的是推动这种前进。另一边是现在有很多研究关注如何利用黑暗晶体管和类型的研究,像GreenDroid,我们找到新的方法来使用晶体管,并不总是为了提高能源效率。 So those two dimensions that are going to keep energy scaling hopefully going—capacitive scaling and using dark transistors to do specialization. Do we see the number of transistors that are needed to implement that particular computation?

SE:电容式扩展,制造商不会高兴听到你说多么重要,因为这意味着薄栅电介质、低k intermetal电介质,两者都是非常具有挑战性的。你有感觉电容扩展可能的局限性在哪里?

泰勒:这是一个很好的观点。材料是电容的一部分比例,真正得到了回报,但对方只是电容是按比例缩小你让事情更小。表面上他们正在萎缩下来,下一个节点,为了让事情更稠密,但是你也可以把它看成是电容降低和提高能源效率。

SE:非常简单的想法,一个身体较小的电容器电容低吗?

泰勒:没错,是的。

SE:让我们看看利用黑暗的晶体管。不清楚这需要多少人因为你的开销与分裂成碎片,你可以处理,例如,用专门的核心。你有感觉的吗?你在你的文章中谈到解围的人,上升的机器来拯救我们所有人。

泰勒:建筑师和设计师们总是希望设备人会进来并保存一天。正如我在我的文章中提到有一些有趣的候选人可能会解决这个问题,但这也表明,有其他事情可以更好。但是在解决专业化,是非常具有挑战性的解决这些异构硬件。当你在文章中表示,很难设计程序和困难,但这就是现在人在建筑研究。很多现在的研究是观察不同方面的利用异质性和如何处理这些挑战,所以这是很有希望的。

每次我们必须更新我们的物理计算堆栈来解决一些问题,一切会变得更复杂,当然在设备水平有很多已经引入了复杂性。把所有小配件我们有added-strained硅和不同电介质,所以,我们还是管理的复杂性。我们只需要了解的技术来管理复杂性。我认为我们已经取得了相当不错的进步在解决它。我们正在开发的技术,新型的面料给我们不同的属性。一个简单的例子是比较GPU和CPU。GPU允许我们开发一种完全不同的计算基于浮点比cpu擅长。只是在硅这两件事使它更有能力,更节能。我们可以想象,新形式的异质性也会出现。如果你想在一种摩尔定律的时间表,如在两年内我们要解决这个问题,可能不会。 It’s a longer term thing. But there is a lot of promise that we will have it pretty well sorted out in the next 10 years for sure. Still, even if we didn’t figure it out in 10 years, in the history of technology, 10 years is pretty short, right? These aren’t problems that are so hard that we’ll never figure them out. It’s only a matter of when.

SE:没错。当然制造业方面的历史充斥着最终出现的事情,但不是和人会希望他们一样快。

泰勒:没错。

SE:然而,行业游行。

泰勒:是的,和学者喜欢事情简单和干净,容易解释。但业内已经表明,我们能够容忍一切形式的复杂性和构建可笑地可靠地工作,做复杂的事情我们希望他们做什么。尽管与异质性的主要部分是可怕的是它的复杂性,我们设法处理复杂性很好。

SE:呻吟和抱怨。

泰勒:没错。

SE:你说,设计者总是希望制造商能来拯救他们的新的、更好、更快的晶体管。有什么方法,设计师可以帮助制造商?例如,在制造业方面生活会更容易如果你能安排你的晶体管排列整齐所以光刻系统可以更容易印刷。都有什么类型的结构,可能使设计更容易通过控制这种复杂性,同时简化了制造挑战?

泰勒:这是个好问题。如果你想想我们实现的方式计算,它有点像一个抽象层的层次结构。也许物理学是在底部,然后是材料科学也许然后设备和电路,然后微架构/建筑一直到编译器和编程语言。这种变化正在推高从底部你知道,每一个人,在每一个层面,试图计算适应更有效约束来自底部。

你提到在制造使事情更普通。肯定是存在的一段研究人员假定这将发生,我们将结束了面料,我们将构建电路而不是躺下来的定制模式。有很多探索出来的抽象层。也许最主要的是通信设备级别的人说,“看,这将改善事情太多的如果你能处理的复杂性从限制或约束,结果我们可以制造。

SE:例如,能够有一个非常普通的晶体管阵列可能让你更小的晶体管,而所有来自设计师的好处,对吗?

泰勒:没错。然后我想,这个问题在特定情况下,“如果我使晶体管定期做我放弃我得到的能源效率能够专业吗?”但我知道有一个相对较大的项目…NSF multi-institute资助,通常在1000万美元左右,这被称为探险。还有,例如,一个探险这叫做耗尽的可变性远征加州大学圣地亚哥分校和其他一些学校。他们看问题的适应架构和软件处理的可变性transistors-possibly在制造、可靠性问题或变化可能不同晶体管的阈值电压是不同的。他们是如何使硬件和软件工作即使设备本身不能过去现在尽可能多的均匀性。

SE:因为历史的处理方式,保护带。但如果警卫乐队太大就吃你所有的优势扩展首先,对吧?

泰勒:没错,所以他们试图取代警卫带更多的智能自适应硬件和软件,可以尽管一小部分晶体管工作在更窄的保护带他们决定使用。