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产业界的大数据处理、平板电脑等移动应用愈发重要,对于微处理器的高性能化和低功耗化的要求也节节攀升。而另一方面,单纯依靠微细化提高性能、降低功耗已经变得困难,从电路到软件,再到封装,处理器行业正在通过汇集多方技术,着手解决这个问题。 处理器高性能化的方向之一是提高时钟频率。原因是在需要优化计算等复杂处理的用途中,因为并行度较低,多核并行处理有时效果不佳。而提高时钟频率存在的问题,则是耗电和对PVT变化的抗扰性变差。
作为解决这一问题的技术,美国IBM公司发布了基于共振电路技术的大规模全局时钟网络技术(演讲序号C23-5)。在共振时钟电路中,配置与时钟网络的寄生电容并联的电感器,构成共振电路。此时,配合共振电路的振动,通过利用时钟脉冲提高时钟的电位,可以减少时钟供给系统的功率。
提高能源效率需要高Q值的LC电路,这在过去需要使用大面积的电感器。而此次发表的成果通过采用双层电感器,以较小的面积,实现了高Q值。而且通过采用可编程延迟电路,提高了抗扰性。
该公司的“IBM z13”微处理器采用17层金属布线的22nm工艺high-k CMOS SOI技术。集成了8个处理器内核和40亿个晶体管。在5G~5.5GHz的频域,最终阶段时钟网格的功率,比不使用共振时降低了50%。
英特尔发布移动用14nm工艺处理器
美国英特尔公司发布了移动设备用处理器“第5代酷睿M处理器(代码:Broadwell)”的低功耗化技术。从处理技术到软件,通过综合改进,图形性能最大提高60%,芯片的总功耗(TDP)降低到了过去的40%。
14nm三栅工艺技术实现了面向移动用途的优化。除寄生电容减少25%外,还使工作电压降低10%,晶体管性能提高了10~15%。漏电流减少50%,面积减少了49%。
配备能够实现更好的Droop控制的完全集成型稳压器和线性稳压器(LVR)。配合其他降低功耗的方法,与过去相比,大幅降低了工作功耗和待机功耗。
借助Broadwell首次采用的三维电感器技术,封装的厚度缩小30%,提高了低负载时的效率。通过重新分割SoC的输入输出、重新设计DDR系统,输入输出功率降低了30%。在多种闲置模式下,通过关闭SoC芯片的各部分,使待机功耗降低了60%。借助使用新软件的协同优化方法,实现占空比控制和动态显示器支持,改善了图形及显示器子系统的能源效率。 |
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