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时间:2021-02-23 02:27 来源:网络整理 转载:五大连池资讯网
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  行业内并不是没有想法,一种可能是去发展完全新的范式,比如量子计算,或者神经形态计算(neuromorphic computing),前者对于某些计算有潜力达到指数级的提升,后者则是模拟大脑神经元的计算和处理方式。如果一定要保留电子计算的范式,也有办法,那就是寻求一种“毫伏开关”——一种在计算速度上不亚于硅晶片,但发热量显著低于硅的材料。可行的方案包括了2D类石墨烯复合材料到自旋电子材料(spintronic materials ),后者可以通过让电子快速旋转来进行计算(现在的硅材料是电子发生移动来计算)。

  但是,这两种范式目前仍还都存在实验室研究阶段,而且很多研究人员认为,量子计算只对某些特定领域有优势,而处理日常任务仍然是电子计算更优。“想想吧,用量子计算去记账是什么概念?” 加州伯克利劳伦斯国家实验室的负责人约翰·莎尔福(John Shalf)说。

  “目前存储芯片的一些设计就采用了这种方式,比如已经被三星、美光科技使用的“混合存储立方体”(Hybrid Memory Cube,类似“夹心饼干” )设计,就是将多层存储硅晶片堆起来。当你跳出现有的技术的限制,就会发展可供研究开发的领域非常多。”半导体研究联合体(Semiconductor Research Corporation,src)的物理学家托马斯·西斯 (Thomas Theis)表示。

  

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  然而,这些方案目前也都仅限于实验室研究阶段,目前行业里仍未找到可以完全替代硅的材料,于是,不少研究人员开始在保留硅材料的前提下想办法,也就是从架构的角度将硅材料以全新的方式进行配置,比如走向3D:既然可以将电路蚀刻到硅平面的表面,为何不试试打造成“摩天大楼”,将表面已经蚀刻进电路的薄硅片堆积起来呈立体的形状?然而,现实中,这种方式目前只能用于纯存储类芯片,因为存储类芯片不存在发热过度的问题, 它们的电路只在与存储单元( memory cell )接触的时候才产生能耗,而这种接触发生的并不多。

  这在现实中依然很难实现,因为目前微处理器和存储芯片的制造流程完全不同,无法在同一条流水线上进行生产,要将它们堆起来,需要对芯片的结构进行全面重新设计。但是,已经有不少研究机构正在朝这个方向努力并且有希望可以成功,比如斯坦福大学的电子工程师苏哈斯施·米特拉(Subhasish Mitra )和他的团队已经设计出一种混合的芯片架构,可以将存储单元和碳纳米管做成的晶体管上下堆到一起,每层之间可以传递电流,米特拉的团队认为这种架构的耗能将只有现在的标准芯片耗能的千分之一或更低。

  除了发热,摩尔定律遇到的第二大挑战是,计算设备走向移动化。微处理器要做成3D的难度就大很多,将一层又一层的发热物体堆积起来,只会让它们变得更热,一种解决方案是将存储和微处理器芯片完全分开,至少可以分走50%的热量(虽然在两者之间传递数据依然会产生新的热量),将它们在纳米级别上一层一层堆起来做成3D。

  移动应用和数据都已经向云端的服务器转移,云服务器对于微处理器的要求更高更严格,这对传统的芯片制造商产生了很大影响,里德举例说:“谷歌(微博)和亚马逊要买什么,对于英特尔决定制造什么产品有巨大的影响。”

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  25年前,计算机的概念只包括台式电脑和笔记本电脑,超级电脑和数据中心基本上使用的是和台式和笔记本电脑一样的微处理器,不过就是数量多了些。但是现在,计算机的概念早已进行了延伸,智能手机、平板电脑、智能手表和其他可穿戴设备等都是新的计算设备,而这些新式计算设备对处理器的需求与其前辈电脑差别非常大。

  对于移动设备,电池续航能力的重要性更加凸显,典型的智能手机的语音电话、Wi-Fi连接、蓝牙、GPS、感知触摸、磁场甚至指纹识别都是要耗电的,而且,移动设备还需要内置特殊功能的电路,用来管理电源和能耗,以保证以上各个功能不快速把电池耗尽。

  而现实生产中,将不同的技术放到同一设备中和谐运行简直就是噩梦,鲍特姆斯称:“要将不同的配件,不同的材料、电子、光子等,打包到一起和谐运行,需要新的架构、新的模拟、新的开关等等来解决。” 青海回收IC收购IC西宁海东回收手机IC芯片

  对于芯片制造商来说,这些特殊要求破坏了原本半导体行业的“自动升级”的经济循环流程,从而对摩尔定律产生挑战。“原本的市场是你只需制造几种产品,但是每样的销量都有非常巨大的规模,”里德称,“新的市场里,你需要制造巨多种类的产品,每种只能买个几十万件,所以,只有在设计和生产非常便宜的情况下才可以持续下去。”

  对于那些能源管理的特殊功能电路,设计的流程更是无比缓慢和昂贵。在加州大学伯克利分校,电子工程师阿尔伯托·圣乔瓦尼-文森特利(Alberto Sangiovanni-Vincentelli )及其团队正在对此进行改变,他们觉得人们应该通过组合各种现有的带有各种功能的电路创造新的设备,“就像搭乐高积木。” 阿尔伯托说,其挑战就在于如何让这些积木搭起来之后能够各自运营工作,但是“如果你使用旧的设计方法的话,成本就太大了。”

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