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张晓强在英特尔负责开发嵌入式内存技术,包括用于未来微处理器和通讯产品上的高速低耗嵌入式内存电路.他主持设计并成功实现了微处理器从９０ｎｍ向４５ｎｍ制造工艺的过渡.

翻开集成电路的发展史,多项重大技术突破和成果都在ISSCC上首次发表,如CMOS逻辑电路、RISC处理器、NANDFlash、多核处理器等正因如此,这一源起1953年宾夕法尼亚大学的固态电子电路研讨会,逐渐成为全球集成电路与系统芯片研究者最关注的论坛之一.

在近期于旧金山举行的ISSCC2008上,英特尔发表了14篇涵盖处理器、无线通信、存储、万亿次计算等领域的技术论文.这些成果将给信息技术发展带来哪些影响?本报记者连线英特尔院士张晓强,为读者深入解读.

处理器：深度进化中

处理器是英特尔的看家法宝,此次披露的是此前被广为关注的Silverthorne和Tukwila处理器的技术细节.前者是面向移动互联网设备的低功耗IA处理器,后者是面向高端,对抗RISC的下一代安腾处理器.

据张晓强介绍,英特尔3月3日发布的Silverthorne处理器采用了最新的45nm高K金属栅制造工艺,其系列处理器的功耗控制在2．5W以下.这种处理器专门面向英特尔称之为MID的第一代移动互联网设备开发,当然,也包括UMPC等类似的超便携设备.

英特尔为此设计了全新微架构.该架构与Core2Duo指令集完全兼容,基于双码、双发射的按序执行,拥有16级流水线.该微架构还将采用升级的功耗管理技术,如深度节能C6状态、无网格时钟分配、针对功耗优化的寄存器组、时钟门控、CMOS总线模式和分离式I/O电源等,通过众多技术改进,有效降低了动态和泄漏功耗.

与英特尔2006年推出的ULV单核处理器相比,Silverthorne处理器的TDP有望降低到它的1/10左右；与此同时,Silverthorne还能提供最高2GHz主频,以获得完整的互联网体验,运行主流应用软件,这就为移动互联网设备的快速发展铺平了道路.

Tukwila是一款基于65nm制造工艺、集成20亿晶体管的4核安腾处理器,其第一版产品预计于今年年底面世.安腾面向关键任务领域,在高度集成的情况下,Tukwila将性能提升至双核安腾9100系列的两倍,RAS性能也更为先进.Tukwila的总体片上缓存达到30MB,比当前产品高出了10%；QuickPath互连和集成内存控制器则带来了9倍的互连带宽和6倍的内存带宽,这些都直观地表现出安腾处理器的深度进化.

无线：集成与降耗

我们也了解到英特尔在低成本数字多无线接入取得的最新成果.目前的无线接入方式处在离散式阶段,如WLAN、WWAN分别设计,不仅成本高,而且体积庞大.张晓强介绍说,英特尔发布的多款放大器,在无线芯片上实现了更高的元件集成度,将离散式推进到集成式无线接入阶段.也就是在各种小型设备上,通过实现WLAN与WWAN的双标准单芯片集成,提升性能,并降低功耗.

在展示的数款放大器中,一款是面向802.11a/g/n应用的MIMO多波段收发器,它采用90nmCMOS工艺,可实现低功耗、小巧外形和低成本；还有一款是采用65nmCMOS工艺、用于多无线接入的E级CMOS功率放大器,可提供28.6dBm的功率输出.该功放的意义在于,实现远程通信（如WiMAX）需要功率1W左右的高功率放大器的支持,该器件就能为WWAN提供近1W的无线射频输出,提供广阔的覆盖范围,同时还采用新型技术实现了高数据速率必需的精密调制功能.

此外,英特尔还展示了高频采样的模/数转换器,测量整个Wi-Fi波段中的每个波段,感知来自同一波段的其他无线信号的干扰,通过自我调节达到最佳功率性能比,并提供优化的信道选择.在信号强时,它可减少耗电量,以高能效方式支持Wi-Fi/WiMAX带宽.这些成果都是为了实现未来采用单芯片处理多种无线标准的愿景,届时,各项性能指标将获得更明显的提升,同时也通过缩减体积促进便携设备小型化.

存储：促密度攀升

相变存储器（PCM）是一项极富潜力的新型存储技术,英特尔为此保持着高投入,即将合资成立的Numonyx公司的技术方向之一就是PCM.通过联合开发,英特尔和意法半导体展示了在PCM方面取得的重大突破――首个可展示的采用

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PCM原理简单说就是通过改变一种硫属化合物的状态来存储数据,它以比传统闪存更低的功耗实现快速读写,并实现更稳定的数据保存.过去的单层单元PCM只有两种状态来记录数据,此次采用独特算法,研究人员在硫属化合物的非晶态与晶态间创造了另两种状态,这样就有四种状态来记录数据,从每单元1比特转变为MLC,意义在于以更低的单位字节成本提高存储密度.

基于45nm高K金属栅极制造工艺,英特尔还开发出一款高性能、低功耗的SRAM.小型SRAM单元有利于在处理器内集成更大容量的缓存,该SRAM就支持比原来大50%的片上L2（6MB）缓存,用于英特尔第二代双核和四核处理器的快速批量生产.SRAM设计与高效的功率管理电路一起,使电路能更好地适应型号变化,并有助于提高生产成品率.

万亿次：三层面并进

多核万亿次计算包括计算、存储和通信三个层面.从技术角度看,为支持新兴的数据密集型应用,万亿次计算的I/O带宽要扩展到100Gbps以上,这意味着每个通道应超过10Gbps.提升I/O通道速度要求精确时钟为传输和接收数据计时,不仅大量耗能,而且需要足够空间容纳滤波元件和复杂电路,以减轻噪音干扰.英特尔这次展示的一款试验芯片实现了每链接高达27Gbps的数据链路.它通过简化电路,省去了部分过滤元件,却能过滤时序噪音.据测算,在20Gbps速率上,该芯片实现了1.6mW/Gbps的高佳能效.

破除万亿次计算的内存带宽限制也十分值得关注.应用分析表明,未来万亿级计算是在多个内核上运行多线程,对内存带宽要求极高.当前情况是,片上SRAM速度高,但代价过于昂贵；DRAM密度虽高,但速度较慢,且受限于制造程序,不能片上集成.尽管通过3D堆叠,DRAM可以与处理器紧密结合,但仍与片上存储速度有一定差距.为此,英特尔设计了新型集成DRAM内存,为获得更快的片上内存并提高应用性能提供了新选择.该内存与其他动态内存一样需要定期刷新,能提供相当于片上SRAM两倍的内存密度和比DRAM快得多的速度,在2GHz频率时,其带宽可达128GB/s.

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