試用新材料

采用更高遷移率的材料也能降低功耗。例如在標(biāo)準(zhǔn)CMOS產(chǎn)品線中已經(jīng)加進(jìn)了磁性材料，而像碳納米管和石墨烯等‘神奇’的材料也開始浮出面。

為了以鐵電RAM(FRAM)制造嵌入式微控制器，TI在CMOS產(chǎn)品線中增加了磁性材料。從RamtronInternational公司獲得授權(quán)的FRAM比起快閃記憶體更方便，因?yàn)樗鼈兗染哂蟹菗]發(fā)性，還支援隨機(jī)存取。

“與快閃記憶體相較，我們非揮發(fā)性的FRAM在讀寫能耗方面更高效。”TI無線事業(yè)部CTOBaherHaroun指出。

Enpirion公司也在其CMOS產(chǎn)品線中導(dǎo)入磁性材料，并計劃于2012年開始為其電源管理芯片制造整合型電感與變壓器。目前，電感和變壓器還無法更經(jīng)濟(jì)地整合在必須于高頻作業(yè)的芯片上，但Enpirion公司專有的磁性材料已經(jīng)著眼于解決這方面的問題。

“我們已經(jīng)整合了不同的金屬合金，使我們的磁性材料可在很高的頻率下執(zhí)行作業(yè)，同時還能保持高能效。”Enpirion公司的Lotfi透露。

與此同時，SemiconductorResearch公司最近資助了IBM和美國哥倫比亞大學(xué)共同進(jìn)行的一項(xiàng)研究計劃──將電感整合于處理器上。該公司聲稱能透過芯片穩(wěn)壓功能在奈秒級時間內(nèi)調(diào)節(jié)供電電壓，實(shí)現(xiàn)工作負(fù)載匹配，因而使能耗降幅高達(dá)20%。

在不遠(yuǎn)的將來，CMOS產(chǎn)品線還可能增加的其它近期材料包括砷化銦鎵(InGaAs)。英特爾公司計劃使用InGaAs增強(qiáng)未來三閘電晶體上的通道，據(jù)稱此舉可望使工作電壓降低至0.5V。

然而，長期來看，碳納米管和平面版的石墨烯很可能成為未來超低功耗元件的首選材料。

在喬治亞理工學(xué)院(GeorgiaTech)的實(shí)驗(yàn)室中，已經(jīng)證明石墨烯的互連性能超過銅。IBM公司也已經(jīng)展示使用碳納米管或石墨烯材料，可制造出低功耗、超高速的電晶體。TI最近則展示石墨烯可望在晶圓級制造出來。

英特爾公司針對以碳材料實(shí)現(xiàn)更高電遷移率方面進(jìn)行研究，但其結(jié)論則是這些材料的商用時機(jī)未到。

“使用納米碳或石墨烯的碳互連結(jié)構(gòu)具有非常吸引人的特性。”英特爾公司的Bohr指出，“不過，管大體積材料具有更低電阻，連接路徑的電阻卻不低。不過這是一種非常具有前景的材料，因此我希望在今后幾年能夠見到更多的業(yè)界相關(guān)研究。”

圖1：Atrenta公司的工具可以很早就估計功耗;此處指出設(shè)計周期開始之初的潛在熱點(diǎn)。

圖2：透過采用未摻雜電晶體通道(位于中間的白色區(qū)域，在淺綠色的輕摻雜閾值區(qū)以及深綠色的重?fù)诫s篩選區(qū)上方)，SuVolta公司的平面CMOS制程可望使半導(dǎo)體電壓進(jìn)一步降低。

圖3：英特爾的turbo模式可在高負(fù)載期間提升時脈以增加速度，并監(jiān)控核心溫度，在開始過熱時逐漸降低時脈速度。

圖4：賽靈思公司能夠使用臺積電的硅插入器在封裝內(nèi)互連4個FPGA，從而使功耗從112W降低到19W。

圖5：Enpirion公司的芯片上電感是采用專用制程以及獨(dú)特的磁合金材料在硅晶圓上制造而成的。