ISSCC 2010 – «Sensing the Future»

Конференция ISSCC впервые состоялась в 1952 г., и с этого времени в ее рамках обсуждаются достижений исследователей в области микроэлектроники. Нынешнее мероприятие традиционно прошло в первой декаде февраля в Сан-Франциско и ознаменовалось большим количеством анонсов ведущих производителей.

Лозунг нынешней International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) представляет собой весьма интересную игру слов. Его можно перевести и как приглашение ощутить вкус будущего, и как предложение использовать сенсоры, дающие информацию о нем. А зная, что речь идет о мероприятии для разработчиков в области схемотехники и технологий производства микроэлектроники, уже заранее можно предположить, что на этот раз одним из главных фокусов будут разнообразные датчики. Так и получилось: на ISSCC 2010 наибольшее количество докладов было посвящено категории «Imagers, MEMS, Medical, Displays», тогда как тематика высокопроизводительных вычислителей оказалась на третьем плане. Из чего можно сделать вывод, что индустрия сегодня активно изучает новый перспективный путь своего развития, каковым представляется сфера всевозможных датчиков и MEMS. А сегмент процессоров, хотя и приковывает к себе внимание миллионов потребителей, ныне стабилизировался и эволюционирует.

Тем не менее ведущие игроки данного направления для объявления своих перспективных разработок неизменно используют именно ISSCC. Так было и на этот раз. Извечные соперники из сегмента процессоров архитектуры x86 – AMD и Intel – поделились своими планами развития линеек чипов, выпускаемых по технологии 32 нм. А IBM и Sun Microsystems представили CPU следующего поколения с поддержкой высокого уровня параллелизма вычислений, ориентированные на серверы. И хотя процессорная тематика не была основной на ISSCC 2010, думается, что рассказ о происходившем на этой конференции стоит все же начать именно с нее.

SoC и многопотоковость

Рост тактовых частот процессоров прекратился еще пять лет назад

В итоговом документе ISSCC 2010 отмечается, что главной тенденцией процессорного направления ныне является стремление производителей создавать чипы со все более широкой функциональностью. За счет лавинообразного увеличения числа входящих в них транзисторов некогда универсальные процессоры постепенно превращаются практически в полноценные системы (SoC – System on a Chip). Так, с 1980-х количество логических вентилей в чипах выросло на четыре порядка. В результате сегодня на рынке уже доступны микросхемы, объединяющие на одной подложке CPU и GPU, а в начале 2011 г. оба ведущих игрока – AMD и Intel – представят чипы, в которых вычислительная и графическая части будут находиться в одном ядре.

С другой стороны, Sun Microsystems заявила о своем 16-ядерном процессоре с поддержкой одновременно до 128 потоков, тогда как Intel довела число ядер в своем опытном образце до 48. В современном мире высокопроизводительных вычислений ставка делается уже не на тактовые частоты, а на параллелизм работы большого числа ядер. В этом плане показателен график изменения частот процессоров в течении двух последних десятилетий, приведенный в официальном отчете конференции. За прошедшие два-три года их значение не только не росло, но даже несколько уменьшилось.

Если же говорить о деталях разработки Sun Microsystems, то стоит отметить достигнутую в ней впечатляющую скорость обмена 2,4 Тб/с. Процессор базируется на 40-нанометровой технологии и включает 16 ядер (каждое поддерживает работу с восемью потоками) и кэш-память L2 объемом 6 МБ.

В ISSCC 2010 приняло участие около 2700 специалистов

По иному пути повышения быстродействия пошла IBM, представившая на ISSCC 2010 процессор POWER7 со встроенной памятью (embedded DRAM) 32 МБ. Главной же его особенностью является даже не ее объем, а то, что она характеризуется в три раза (!) большей плотностью размещения на подложке, чем традиционно используемая в данных целях SRAM. Указанный выше L2-кэш и еще 8 ядер (по четыре потока на каждое) разместились на площади в 567 мм2. Всего – 1,2 млрд транзисторов (при технологическом допуске 45 нм).

Коль речь зашла о многоядерных процессорах, стоит упомянуть и разработку Toshiba, ориентированную на мобильные устройства. При наличии 14 ядер процессор может обеспечить декодирование видео Full HD (H.264). А инженеры из Renesas совместно с группой ученых Университета Хиросимы представили масштабируемый массивно-параллельный процессор, способный в реальном времени проводить обработку видео, отслеживая в нем заданные объекты. В состав чипа входит 2048 ядер.

Вплотную к проблеме создания многоядерных чипов примыкает и задача увеличения скорости межкомпонентных связей. И в этой области на ISSCC 2010 также был совершен прорыв: Sony разработала одночиповый трансивер для беспроводных межкомпонентных соединений, способный обеспечить связь на миллиметровых радиоволнах (30–300 ГГц). Это устройство снабжено антенной длиной 1 мм, потребляет 70 мВт мощности и позволяет передавать данные со скоростью 11 Гб/с на расстояния до 14 мм. Применяя направленную антенну, дальность устойчивой связи возможно увеличить до 50 мм.

«Все в одном»

AMD пока весьма немногословно описывает свой APU, объединяющий на одном ядре CPU и GPU, который получил кодовое имя Llano. На ISSCC 2010 объявили, что чип будет выпускаться по 32-нанометровой технологии SOI (silicon-on-insulator) с использованием high-K-металлических затворов. Его площадь составит 9,69 мм2, число транзисторов достигнет 35 млн, не считая блок кэш-памяти L2 объемом 1 МБ. Кроме четырех вычислительных ядер x86, в состав APU войдет и графика. Максимальная тактовая частота будет равна 3 ГГц, а рабочее напряжение находится в пределах от 0,8 до 1,2 В (при рассеиваемой мощности до 25 Вт). Появится и поддержка памяти DDR3, в чем AMD пока проигрывает своему основному конкуренту.

AMD приоткрыла завесу тайны над ее грядущим APU, известным под кодовым названием Llano. Перед вами его вычислительная часть архитектуры x86 и L2-кэш

Среди нововведений системы регулировки энергопотребления называют использование сети из температурных датчиков, охватывающих все узлы чипа (всего 95). В отличие от прежде применявшейся схемы измерения тока на входе с помощью одного элемента подобная сеть позволяет более точно отследить динамику работы процессора, исключив влияние температуры внешней среды.

Компания пока не раскрывает подробности самих ядер CPU и GPU. Известно лишь, что начиная с 2011 г. процессоры AMD будут выпускаться в соответствии с методологией M-SPACE. Под кодовым названием Bulldozer – для высокопроизводительных вычислений (с количеством ядер до 16 в рамках одного чипа), а Bobcat – оптимизированные с точки зрения энергопотребления (до 10 Вт). В свою очередь GPU в составе APU будет строиться на графике уровня Radeon HD 5000.

Напомним, что Intel уже располагает чипами, в которых на одной подложке размещены два отдельных ядра CPU и IGP, но в будущем проекте под кодовым названием Sandy Bridge они станут единым целым, как в грядущем APU от AMD. Появление их на рынке запланировано на начало 2011 г.

Структурная схема процессоров AMD, известных под кодовым названием Bulldozer

О том, что технология MEMS ныне в центре внимания индустрии, говорит тот факт, что конференцию открыло программное выступление Джири Марека (Jiri Marek), старшего вице-президента компании Robert Bosch, на счету которой уже миллиард выпущенных ею за 20 лет MEMS-датчиков. Он отметил, что данное направление весьма перспективно, так как спектр использования подобных продуктов довольно широк: от систем безопасного вождения автомобилей до защиты информации на жестких дисках ноутбуков в случае их падения. А среди новых и наиболее быстро развивающихся были отмечены такие применения MEMS, как аккумулирование электромагнитного излучения (energy harvesters) и микроскопические топливные ячейки.

Что же касается ярких анонсов из сферы сенсоров, приуроченных к ISSCC 2010, то нельзя не упомянуть доклад Sony, посвященный BSI CMOS-матрице (backside-illuminated – с подсветкой обратной стороны) с разрешением 10 Мп. При формфакторе 1/2,3" в ее состав входят пикселы 1,65×1,65 мкм, обеспечивающие светочувствительность на уровне 9890 мкА/лк и скорость снятия изображений 50 кадров в секунду. Это достигается благодаря применению интегрированного АЦП и высокоскоростного интерфейса LVDS, работающего с тактовой частотой 550 МГц.

Не успела IBM рассказать на ISSCC 2010 о своем новом процессоре Power7, как состоялось объявление целой линейки систем на его базе

Важным достижением является и создание интегрированных датчиков температуры, не требующих калибровки и обеспечивающих точность ±0,2 °C в пределах –55...+125 °C. Они стали результатом совместной работы Технологического университета Делфта (Нидерланды) и National Semiconductor.

В этом же разделе конференции было объявлено и о создании дисплея типа RGBW AMOLED с компенсацией деградации OLED, что позволит увеличить время активной эксплуатации данного типа панелей и откроет им двери на массовый рынок.

Как видим, ISSCC 2010 оказалась весьма интересной, открыв новые горизонты развития микроэлектроники: тут и мультистандартные реконфигурируемые радиочипы, позволяющие работать с 4G, WiMAX и 802.11n, и энергонезависимая память, включая такие ее новые типы, как память на фазовых изменениях (PCM), магниторезистивная (MRAM) и резистивная (RRAM), способная поспорить в быстродействии с DRAM, и технология органических тонкопленочных транзисторов (Organic thin-film transistors, OTFT), которая дает возможность печатать микросхемы с помощью струйных принтеров. Обо всем просто невозможно рассказать в кратком обзоре. В общем, в ближайшем будущем скучать не придется.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365