`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия

Статья опубликована в №6 (672) от 24 февраля

+11
голос

Ежегодная конференция International Solid State Circuits Conference (ISSCC) традиционно проходила в Сан-Франциско в начале февраля. Здесь основные игроки данного сегмента представили свои последние разработки и опытные образцы, которые, возможно, радикально повлияют на развитие рынка полупроводниковых устройств уже в обозримом будущем.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия

Наш обзор данного мероприятия начнем с нестандартных разработок, которые были представлены на форуме.

Беспроводной темой сегодня никого уже не удивишь. Однако проект Пена Кона (Peng Cong), исследователя из Case Western Reserve, выглядит весьма футуристически. Он представил два беспроводных датчика-имплантата.

Эти устройства предназначены для сбора данных о кровяном давлении, весят всего 130 миллиграмм и могут не только отправлять информацию по беспроводному каналу, но и получать энергию таким же образом (необходимо 300 мкВт). Пока они предназначены для лабораторных мышей, которые используются для исследования влияния генетики на различные болезни. Однако в будущем подобные датчики, базирующиеся на MEMS-технологии, могут найти и более широкое применение в медицине.

Инженеры из National Taiwan University представили полупроводниковое устройство для здравоохранения. Оно построено на основе подхода «система-на-чипе» (System on Chip, SoC) и предназначено для прецизионного контроля доставки лекарства, что при ряде заболеваний является критически важным. Это также имплантируемый чип, размером 1,77×1,4 мм, который присоединен к сверхминиатюрной емкости с лекарством. За счет управления мембраной-клапаном медикамент вводится в организм необходимыми дозами и в нужном временном режиме.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Пленарное заседание

Вообще же стоит отметить, что тема медицинских исследований на конференции этого года стала одной из ключевых. Тут были представлены всевозможные разработки – от специальных систем обработки радиографических изображений до систем анализа ДНК и спецдатчиков для различного вида диагностик. И многие исследователи считают, что очередным бумом в развитии полупроводников будет именно их использование в здравоохранении.

Так, например, компания Medtronic, один из пионеров в области беспроводных технологий для кардиологических имплантатов и создатель стандарта 402-405 MHz Medical Implant Communications Series standard, представила ряд разработок для его применения в системах диагностики диабета и болезни Паркинсона.

Одна из последних тенденций в этой области – использование так называемой технологии body area networks, когда само тело человека является своеобразной сетью, объединяющей установленные или имплантированные в него различные датчики и приборы.

Ученые также работают над созданием специальных процессоров и миниатюрных систем генерирования энергии с применением нанотехнологий.

А теперь перейдем к более традиционным разработкам, которые были анонсированы на ISSCC 2009.

Компании SanDisk и Toshiba представили новую технологию флэш-памяти, благодаря которой емкость карт microSD может быть увеличена до 32 ГБ.

Технология использует 32-нанометровый техпроцесс для производства так называемых ячеек памяти X3, каждая из которых способна хранить 3 бита информации. Для создания конечных продуктов будет применяться MLC NAND-флэш.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Чип трехуровневой флэш-памяти, технология 32 нм, Toshiba

Также компании SanDisk и Toshiba планируют использовать ячейки памяти X4 (одна хранит 4 бита информации) на базе 43-нанометрового техпроцесса в производстве интегрируемых модулей флэш-памяти для портативных устройств. Скорость передачи данных у них не слишком увеличится по сравнению с существующими решениями – в среднем она составит 5,6 МБ/с, а емкость станет в два раза выше, чем у новейших чипов Toshiba, т. е. 64 Гб.

Начало массового производства чипов памяти с ячейками X3 запланировано на II квартал этого года. Что касается новых интегрируемых модулей памяти, то дата их релиза пока неизвестна.

Стоит упомянуть еще одну разработку компании Toshiba, представленную на форуме. Этот японский производитель анонсировал прототип FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), демонстрирующий рекордные характеристики для энергонезависимой памяти. Новый чип имеет емкость 128 Мб и максимальную скорость чтения-записи 1,6 ГБ/с. В данном устройстве используется усовершенствованная архитектура Toshibal ChainFeRAM, предотвращающая ухудшение сигнала ячейки и обеспечивающая улучшенные возможности масштабирования. Более того, новое решение предсказывает и контролирует флуктуации питания, что содействует стабильности высокоскоростной пересылки данных, а поддержка интерфейса DDR2 открывает путь к его практическому применению.

Следует отметить, что FeRAM сочетает быстродействие уровня DRAM со способностью флэш-памяти сохранять информацию без подачи напряжения в течение 10 лет. Toshiba продолжает активную работу над совершенствованием ферроэлектрической памяти с целью внедрения ее в широкий ассортимент устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и SSD.

Что касается новых видов памяти, то нельзя обойти вниманием презентацию 4D-S, которая представила свои разработки в области резистивной RAM (Resistive Random Access Memory, RRAM).

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Чип четырехуровневой флэш-памяти, технология 43 нм, Toshiba

Австралийская компания считает, что именно данный тип памяти заменит нынешнюю DRAM. Правда, на эту универсальную роль претендуют также FRAM, MRAM, phase-change, spin-transfer torque RAM и еще несколько технологий.

Ячейки RRAM, как правило, представляют собой двухполюсники на базе пленок оксида перовскита (perovskite-oxide). Память основывается на материалах, сопротивление которых может электрически переключаться между состояниями высокой и низкой проводимости. RRAM имеет существенно меньший размер ячеек и энергопотребление, чем ныне распространенные типы памяти.

Многие компании, среди которых Sharp, Sony, Samsung, LSI, Panasonic, Winbond, Unity, Hynix, Micron, Elpida, ведут разработки в области RRAM, однако значительного прогресса пока не достигли. Австралийская же компания утверждает, что ей удалось уже получить опытные образцы.

Что касается энергопотребления, то на конференции была представлена технология, разработанная в Университете Райс (штат Техас), которая позволяет создавать чипы в 30 раз более энергоэффективные, выпускаемые сегодня. Разработчики также утверждают, что их подход уже и пропускную способность увеличивает до семи раз.

Технология PCMOS основана на традиционной CMOS, с небольшой доработкой. Буква P в названии означает Probabilistic – вероятностный. В отличие от CMOS-чипов, которые, как известно, в работе используют двузначную логику (1 или 0), PCMOS задействует алгоритмы вероятностной логики.

С уменьшением детализации микросхем растет уровень шума, с этим эффектом традиционно борются, повышая напряжение на транзисторах. По заверению разработчиков из Университета Райса, технология PCMOS позволяет существенно снизить напряжение и за счет использования критериев вероятностной логики уменьшить количество ошибок при сохранении скорости обработки данных в чипе.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Чип новой FeRAM от Toshiba

В этом году в Сан-Франциско был даже представлен прототип чипа PCMOS, который использовался для шифрования данных. Ученые работают над тем, чтобы на базе этой технологии можно было бы создавать универсальные решения, такие как микропроцессоры для ПК. Но уже сегодня очевидно, что PCMOS может найти широкое применение в ряде специализированных чипов. Отмечается, что на данном этапе PCMOS наилучшим образом подходит для криптографических задач.

Весьма развернутую программу на ISSCC 2009 традиционно представила компания Intel – 15 докладов о перспективных направлениях своей деятельности. В частности, старший заслуженный инженер-исследователь корпорации Марк Бор (Mark Bohr) в своем докладе очертил пять основных проблем в области масштабирования интегральных схем и их потенциальные решения.

Марк Бор заявил о начале новой эры создания однокристальных систем, или SoC, для выпуска которых потребуется радикально изменить технологии производства полупроводников и внедрить инновации для реализации закона Мура в следующем десятилетии.

На нескольких презентациях Intel, представленных на конференции, обсуждались технологии, которые, согласно прогнозам, смогут расширить функциональные возможности однокристальных систем, включая радиоприемопередатчики и улучшенные графические подсистемы для мобильных устройств.

Тенденция использования более миниатюрных транзисторов для создания микропроцессоров со все большим количеством ядер и более высокими рабочими частотами идет на спад, и корпорация Intel сосредоточилась на разработке энергоэффективных решений с повышенной мобильностью.

Основной акцент в своем выступлении Марк Бор сделал на радикальных изменениях в проектировании транзисторов и интегральных микросхем, необходимых для дальнейшей разработки новаторских микропроцессоров. По его мнению, поскольку новая эра развития ИТ связана с созданием SoC, задачей будущего станет полная интеграция системы в одной-единственной микросхеме. Intel планирует использовать свой опыт проектирования чипов, производственные мощности, передовые технологии и принципы закона Мура для создания нового вида специализированных продуктов с высокой степенью интеграции и поддержкой выхода в Интернет.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Восьмиядерный Xeon Nehalem
ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Чип восьмиядерного Xeon с двумя ядрами и двумя блоками кэш-памяти

Будущие системы SoC оснастят гибкими встроенными приемопередатчиками, которые откроют новые перспективы для мобильных телекоммуникаций. Для реализации принципа «связь в любом месте и в любое время» с платформой необходимо будет интегрировать приемопередатчики (например, Wi-Fi, WiMAX, 3G, Bluetooth), которые занимают дополнительное пространство, потребляют электроэнергию и влияют на производительность системы. Intel активно работает над решениями на базе технологий, позволяющих интегрировать в микросхему все больше радиокомпонентов, а также оптимизировать затраты и повысить быстродействие.

На ISSCC 2009 компания Intel также представила ряд исследований в области фотонной электроники. Так, если чуть менее двух лет назад, в 2007 г., в лаборатории Intel Photonics Technology Lab был создан кремниевый модулятор со скоростью модуляции сигнала до 40 Гб/с, то на этот раз продемонстрирован образец, достигающий в пять раз большей производительности. Это приближает индустрию к созданию оптических чипов со скоростью передачи данных на уровне терабита в секунду, которые могут понадобиться уже в обозримом будущем.

Для повышения производительности модуляторов и демодуляторов используются технологии уплотнения с разделением по длине волны (WDM), временного мультиплексирования (TDM), пространственного разделения каналов (SDM) и разные их комбинации. Однако принимая во внимание, что оптические системы передачи данных формируются из разных компонентов, такой подход приводит к значительному укрупнению системы и ее удорожанию. Повысить скорость оптической связи и одновременно удешевить ее может фотонная интеграция, когда на одном субстрате помещаются разные фотонные компоненты.

Предложенная Intel Photonics Technology Lab новая PIC состоит из 1:8 демультиплексора, восьми высокоскоростных кремниевых модуляторов Маха–Цандера (MZM) и 8:1 мультиплексора. В устройстве применяются высокоскоростные модуляторы структуры, аналогичной использованным в системе 40 Гб/с два года назад, однако чтобы достичь показателей скорости выше 100 Гб/с, ученые увеличили длину фазосдвигающей схемы. В модулятор интегрирован согласующий нагрузочный резистор, для модулятора и демодулятора использована каскадная схема интерферометра Маха–Цандера.

Intel также представила новые детали восьмиядерного процессора под кодовым названием Nehalem. Это 64-разрядный CPU, поддерживающий 16 потоков. Докладчик объяснил, что новый Xeon имеет три разные тактовые частоты и домены напряжений: области ядра, «около ядра» (в основном – кэш-память) и ввода-вывода соответственно.

Эти разные частоты и домены напряжений используются для управления энергопотреблением, а также для реализации режима Turbo Mode. Он позволяет отключать одно или более ядер, для того чтобы предоставить энергетический бюджет действительно активным ядрам.

Одной из особенностей процессора является схема «cache and core recovery», которая позволяет компании спасти работоспособную часть дефектного чипа посредством запрета отказавших областей и продать его с меньшими числом ядер и объемом кэш-памяти.

Среди всего потока разработок, которые были представлены в этом году на конференции и относились к направлению развития мобильных телефонов, стоит выделить презентацию компании Renesas Technology. Она анонсировала процессор, который позволит мобильным устройствам работать с видео высокой четкости с разрешением Full HD (1920×1080, 30 кадров в секунду).

Отмечается, что максимальная тактовая частота ядра составляет 500 МГц. Процессор поддерживает форматы MPEG-4AVC/H.264, MPEG-2 и MPEG-4, производится по технологии 65 нм и имеет размеры 6,4×6,5 мм.

Renesas первой анонсировала чип, поддерживающий обработку разрешения Full HD, до этого на рынке были представлены лишь решения с поддержкой 1280×720 пикселов.

Широкий спектр продуктов предлагается в области систем для обработки изображений. Тут хотелось бы остановиться на двух исследованиях.

ISSCC 2009 – чем дышит полупроводниковая индустрия
Icycam комбинирует блок формирования изображений CMOS с обработкой смешанного сигнала (слева) и DSP для прикладной обработки

Инженеры из Swiss Center for Electronics (CSEM) продемонстрировали датчик Icycam, который, по их заявлению, должен быть востребован в системах так называемого машинного зрения с широкой сферой использования, от автомобилей до систем безопасности.

В Icycam один чип объединяет как сенсор изображения, так и DSP для обработки данных. Интересно, что CSEM рассматривает автоиндустрию как основную область применения своего устройства. Согласно ABI Research, уже к 2012 г. около 3 млн автомобилей будут снабжены системами интеллектуального зрения.

Также стоит отметить исследователей из Массачусетского технологического института, которые анонсировали создание CMOS-сенсора с использованием технологии межкремниевых соединений (through-silicon vias), который построен по принципу так называемой объемной (3D stacking) архитектуры. Иначе эту технологию еще называют многослойной, в данном случае чип-датчик использует семь слоев, верхний фоточувствительный (состоит из фотодиодов размером 50 мкм), следующий за ним отвечает за коммутацию сенсора с остальными «этажами», на которых расположены 64 АЦП (12 бит, конвейеризованные), декодеры адресов и данных, а также интерфейс I2C и две 12-разрядные шины LVDS с пропускной способностью 512 Мб/с. Для производства датчика применяется технология 0,35 мкм, а общая его высота составляет около 500 мкм. Хотя разрешение сенсора всего 1 Мп (1024×1024 пикселов), на его основе, по словам разработчиков, благодаря объединению отдельных элементов могут быть построены большие матрицы.

В заключение хотелось бы отметить, что нынешний форум ISSCC 2009 еще раз подтвердил, что развитие полупроводниковой индустрии не замедляется, и даже если в период экономического кризиса сокращается уровень инвестирования в производственную базу, то объем исследований и разработок в этой отрасли вряд ли будет падать.

+11
голос

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT