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Gene定律:從功耗角度分析半導(dǎo)體器件
2007/12/13 23:32:54    產(chǎn)通學(xué)院,365PR

Gene Frantz(中文名:方進)是德州儀器(TI) DSP業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理、負責(zé)利用DSP技術(shù)在TI內(nèi)部開創(chuàng)新的業(yè)務(wù)的,他還擁有一個很特別的頭銜──首席戰(zhàn)略科學(xué)家。

Gene曾在TI開發(fā)商大會(TI Developer Conference, TIDC)上表示,“摩爾定律”指出了半導(dǎo)體在一個芯片上可以做到的晶體管數(shù)目,以及邏輯門的速度,差不多是18個月可以增加一倍;但是,這大部分是從“時鐘性能”的觀點來看。然而,若換個角度從“性能發(fā)展”來看,近10年背離摩爾定律的現(xiàn)象日益增多,特別是在功耗IC這方面,情況已大不相同。所幸,工藝的進步,讓我們得以有更多元的晶體管工藝來降低功耗。
 
此外,好的開發(fā)平臺和環(huán)境,可使集成電路設(shè)計復(fù)雜度更高,盡可能使裸片線度變;因此在45nm芯片上可以有10層的電路,可將很多的信號和單元集成起來。近5年來,半導(dǎo)體技術(shù)與集成電路內(nèi)部都變得非常復(fù)雜。好消息是,可以通過繼續(xù)增加晶體管數(shù)目的方式來提高性能,盡管這個性能可能不像預(yù)期那么高;可以預(yù)見的是,未來10年芯片上的晶體管數(shù)目還會繼續(xù)增加。除了性能,現(xiàn)在應(yīng)該更關(guān)注的是功耗方面。

雖然摩爾定律從對晶體管成長速度的預(yù)言,推導(dǎo)出半導(dǎo)體器件效能演進的發(fā)展道路,對整個半導(dǎo)體過去40年的發(fā)展起著重要的指導(dǎo)作用;但摩爾定律在芯片功耗的問題上交了白卷,卻是不爭的事實。因此,另一個從功耗的角度來分析半導(dǎo)體器件發(fā)展的“Gene定律”在近年來不斷地被提起。它不像摩爾定律那樣只側(cè)重于一個芯片的性能,而是從功耗角度分析。對DSP來說,有一個很重要的單位,就是MMAC和功率之間的比較。

每隔10年DSP性能、規(guī)模、工藝、價格的變化
年代                  1980       1990         2000       2010
速度(MIPS)        5            40            5000       50000
RAM(B)          256        2K           32K        1M
規(guī)模(gate)      50K       500K        5M         50M
工藝(微米)       3          0.8           0.1          0.02
價格(美元)      150.00   15.00      5.00        0.15
  
對數(shù)字信號處理器來說很重要的一個就是乘加,乘加的能力是他們一個衡量標準,僅次于MMX(每秒一個指令集,該單位也通用于CPU)。但是對于數(shù)字信號處理器DSP來說,因為它內(nèi)部有一個特殊的運算結(jié)構(gòu)──乘加,那么它實現(xiàn)乘加所需要的功耗數(shù)目,就應(yīng)該是百萬級的乘加需要的功率,這是它衡量的一個標準?梢钥吹剑瑥牡谝粋DSP推出,基本上都是呈數(shù)量級在下降,所以這就是Gene功耗定律的一個核心。運算能力和功耗之比,隨著年份增加而遞減,這在這些年內(nèi)得到很好的證明。
 
Gene Frantz表示,DSP產(chǎn)業(yè)在約40年的歷程中經(jīng)歷了三個階段:第一階段,DSP意味著數(shù)字信號處理,并作為一個新的理論體系廣為流行;隨著這個時代的成熟,DSP進入了發(fā)展的第二階段,在這個階段,DSP代表數(shù)字信號處理器,這些DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化;接下來又催生了第三階段,這是一個賦能(enablement)的時期,我們將看到DSP理論和DSP架構(gòu)都被嵌入到SoC類產(chǎn)品中。

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