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泛林集團計算產品部副總裁David Fried接受了行業媒體Semiconductor Engineering (SE)的采訪，探討并分享他對于芯片縮放、晶體管、新型架構和封裝等話題的看法。以下內容節選自采訪原文。 Q1：數十年來，集成電路微縮一直是芯片制造行業推進設計進步的手段。但是，與之相關的成本一直在攀升，而且就每個節點而言，縮小尺寸能體現的優勢也在減少。請問您怎么看待摩爾定律？我們是否需要2nm甚至更先進的制程？是否需要更多的算力？ Dr. Fried：算力全面提升10倍也不嫌多。因為所有的一切都需要算力，包括每個用戶交互點、存儲點和每一次計算的節點，更高的算力總是有用的，在算力這個方面的需求沒有止境。目前的遠程辦公和長時間居家更是進一步推動了算力需求。 Q2：另外，綜合功率、性能、面積、成本和時間等來看，目前整個行業似乎在晶體管縮放方面遇到了一些挑戰，具體問題包括功耗墻、RC延遲和面積縮放等。您在這個方面遇到了哪些挑戰？ Dr. Fried：PPAY（即功率、性能、面積和良率）或PPAC（即功率、性能、面積和成本，如果我們想特指成本）一直是所有產品開發避不開的要素。我們始終在努力跨越與之相關的障礙，也一直被PPAC或PPAY制約。我們的目標是推動涵蓋所有要素的整體發展，但有時在某個方面的突破可能更明顯一些。但是我們的挑戰來自于不同的組合，因為整個系統性能得到提升才是最重要的。回顧發展的歷史，有時候只需調整芯片時鐘頻率就能實現系統級性能的巨大進步，但也有時是需要通過電源管理技術來做到這一點。無論如何，我們所面對的最關鍵要素還是功率、性能、面積以及良率或成本，也就是說必須至少在其中一個領域取得進步才能推動整體系統性能的提升，而這句話里的“領域”是在不斷變化的。 在我看來，基線晶體管縮放一直是系統整體性能發展的一大重要推動力，這里的升級可以是任何形式的，包括逐步提升性能、功率表現或晶體管均勻縮放與增強的一致性等。現在來看，晶體管縮放顯然還是非常必要的，這體現在很多方面。舉例來說，即使不是性能本身的提升，只要縮放能提升密度就值得去努力，因為這樣我們能增加同等面積的核心性能。有些人可能并不在乎晶體管本身的性能提升。但是，如果能通過晶體管縮放比如將GPU的核心性能增加10%，僅這一點就能讓系統性能向前跨一大步，因為很多原先需要轉到外部處理的數據交互如今在核心內部就可以完成了，這樣處理速度會有大幅提升。也就是說，僅僅通過縮放提升單片集成，也可以實現巨大的系統級提升。但我們依然要面對此前的制約因素，也一直在各個方面做出努力。無論如何，最終的目標始終沒有變，那就是實現系統級的性能提升。因此，我們基于PPAC或PPAY采取的一些辦法整體上沒有太大變化，不存在變革的“拐點”。現在，我們依然試圖在某些方面取得突破并由此提升系統級的性能。只要市場需求依然存在，我們就能提供更高的算力和存儲。 Q3：從2011年開始，全行業開始從平面晶體管轉向新一代的FinFET。如今芯片制造商依然在發展先進節點的FinFET晶體管，包括3nm的FinFET以及3nm/2nm的全包圍柵極納米片式晶體管。請問您如何看待這種情況？ Dr. Fried：從平面晶體管向FinFET過渡主要是柵極長度縮小的局限性引起的轉變。為更好地控制器件的靜電，整個行業都轉向了雙柵極架構，這就涉及到幾納米的柵極縮放，并進一步創造了新的晶體管縮放維度。我們可以提升高度，讓同等封裝面積有更大的有效寬度，這樣可以讓整個過渡更平穩。全包圍柵極好處在于完全控制器件的靜電，這將帶來額外幾個納米的柵極縮放。而正是這幾個納米的差異開啟了新的縮放維度。如果將來我們可以實現互補式FET——例如彼此堆疊的nFET和pFET——這將給我們額外的邏輯縮放優勢。 
我們從獲得靜電控制優勢開始，以實現柵極長度縮放，并由此創造了全新的縮放維度。盡管如此，從FinFET過渡到全包圍柵極（納米線或納米片）可能沒有之前這么順利，因為新的架構需要我們在結構之下執行工藝，這是一個非常大的改變，且具有挑戰性。在FinFET時代，我們需要在側壁上更好地執行半導體工藝，但我們仍然可以看到整個過程。在全包圍柵極納米片/納米線結構中，處理過程中所涉及的架構將是看不到的，這樣進行測定的難度就會大幅提升。因此，向全包圍柵極過渡更具有挑戰性。 Q4：您如何看待先進封裝、單片集成等替代架構？ Dr. Fried：我們應該歡迎在系統層面的任何創新，包括晶體管縮放、芯片架構改進和3D集成化封裝，綜合所有這些進步才能滿足最高的系統性能要求。現在的市場對系統的需求非常多樣化。曾經的市場沒有這么分化，當時一切都是以CPU為重。回看過去，我們曾經的系統級性能改進方案很像是瑞士軍刀，也就是說所有的方法，無論對應的是晶體管、互連、封裝還是集成，都是為一個更大的整體方案服務。 如今，市場需求已經出現多樣化，每個系統都有自己獨特的需求。如果沿著這些多樣化的路徑發展，我們可能需要在晶體管、封裝和互連等每個領域做出不同的方案，也就是說要以不同的方式優化每個系統。例如，由于不同系統有不同的要求和需求，一個3D集成方案的內存、I/O和計算單元配置可能完全不同于另一個方案的配置。這里面要抉擇的東西非常多，一旦芯片架構發生變化，相關的技術、封裝和互連方法也要隨之改變。我很期待能看到這樣多樣化的系統性能要求究竟能給這個行業帶來怎樣的變化。 |
