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凯发精英体育ios|Arm为摩尔定律指明了一条出路?

2020-01-09 11:31:29   阅读:445

凯发精英体育ios|Arm为摩尔定律指明了一条出路?

凯发精英体育ios,来源:内容由半导体行业观察(icbank)编译自「ieee」,谢谢。

人们常常认为摩尔定律就是制造越来越小的晶体管。但是其实这些年来,很多困难往往都出现在为他们提供所需的信号和电源的互连纠缠当中。那些更小,更密集的互连电阻更大,导致潜在的功率浪费。在 12月举行的ieee国际电子设备会议上,arm工程师提出了一种处理器设计,该处理器设计演示了一种减少互连密度,能以更少的损耗为芯片提供功率的方式。

arm资深研究工程师divya prasad解释说:“如果你在电源稳压器上提供1伏的电压,则很可能在晶体管上并没有1伏。” 稳压器和晶体管之间的电压裕度为10%被认为是可以接受的。但是,实现这一目标变得越来越难。”

prasad和她的同事使用比利时研究公司imec开发的未来3纳米工艺实现了cortex a53 cpu设计。全球最大的晶圆代工厂商台积电(tsmc)有望在2020年实现5纳米的全面生产,因此3纳米距离只有很短的路要走。

他们对设计进行了三种更改。一个以与今天相同的方式处理功率传输问题,其中电路从晶体管上方的互连网络访问功率。另一个使用了imec所谓的埋入式电源轨。在这里,rails of ruthenium内置在硅表面下方的空间中,通过与上方网络的垂直连接为它们供电,然后以规则的时间间隔为电路供电。

今年早些时候,imec工程师展示了使用埋入式电源线的sram单元的优势。sram(通常为6晶体管电路)对互连电阻特别敏感,因为互连电阻会降低读写性能。在仿真中,ails of ruthenium导致读取速度提高31%,写入电压降低340毫伏。

最终的变化是掩埋了电源轨,而电源轨则由垂直穿过硅片背面的微米级通孔供电。

prasad解释说,使用普通方法,arm工程师无法满足10%的电压裕度,因为互连网络的电阻损失了太多功率。借助埋入式电源轨和前端供电,该设计能够实现裕度,但是工程师们不得不牺牲性能来降低功耗。

带有背面传送功能的埋入式电源轨无疑是赢家,它满足了裕度,并且仅降低了1%的电压而不会影响性能。prasad指出,唯一的权衡是制造背面网络的复杂性。为此,必须对晶圆的正面进行充分处理,包括构造掩埋的电源轨。然后将晶圆翻转过来,然后将硅去除至仅500纳米的厚度。然后,建立跨度小于1微米的垂直连接,称为硅微通孔(microtsv),以接触掩埋的电源轨。背面的简单互连网络将microtsv链接到电源传输网络。

普拉萨德说:“我们对背面的电力输送感到非常兴奋。” 在最佳情况下,与其他两个选项相比,它的电压损耗降低了七倍。

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