Корпорация Intel на международной конференции International Solid-State Circuits Conference 2009

На международной конференции International Solid-State Circuits Conference, которая проходит с 8 по 12 февраля в Сан-Франциско, корпорация Intel представит 15 докладов с описанием перспективных направлений своей деятельности. Кроме того, старший заслуженный инженер-исследователь корпорации Intel Марк Бор (Mark Bohr) сделает основной доклад на специальном пленарном заседании для приглашенных участников.

Марк Бор расскажет о начале новой эры создания однокристальных систем, или «систем-на-чипе» (System on Chip, SoC), для выпуска которых потребуется кардинально изменить технологии производства полупроводников и внедрить инновации для реализации закона Мура в следующем десятилетии. В течение недели будет представлено несколько презентаций. На них будут обсуждаться технологии, которые, согласно прогнозам, смогут расширить функциональные возможности однокристальных систем, включая радиоприемопередатчики и улучшенные графические подсистемы для мобильных устройств. 

Intel будет вести более половины секций по микропроцессорам. Четыре доклада будут посвящены обсуждению новейших 45-нм процессоров, предназначенных для корпоративных пользователей.
 
Ниже приведена подробная информация о некоторых ключевых докладах и презентациях, посвященных исследованиям Intel.

«Системы-на-чипе» позволят закону Мура оставаться актуальным
«Новая эра масштабирования в мире однокристальных систем»
Марк Бор, заслуженный инженер-исследователь корпорации Intel, подразделение Technology and Manufacturing Group, директор подразделения Process Architecture and Integration 

Тенденция использования более миниатюрных транзисторов для создания микропроцессоров со все большим количеством ядер и более высокими рабочими частотами подходит к концу, т. к. корпорация Intel сосредоточилась на разработке решений, обладающих энергоэффективной производительностью и повышенной мобильностью. Бор обсудит кардинальные изменения в проектировании транзисторов и интегральных микросхем, необходимые для дальнейшей разработки новаторских микропроцессоров. Новая эра развития ИТ-технологий связана с созданием «однокристальных систем» (system-on-a-chip, SoC), и задачей будущего станет полная интеграция системы в одну единственную микросхему. Intel планирует использовать свой опыт проектирования микросхем, производственные мощности, передовые технологии и принципы закона Мура для создания нового вида специализированных продуктов с высокой степенью интеграции и поддержкой выхода в Интернет.
   
Инновационные технологии цифровой радиосвязи для будущих «систем-на-чипе»
Будущие системы SoC будут оснащены гибкими встроенными приемопередатчиками, которые откроют новую эру мобильных телекоммуникаций. Для реализации принципа «связь в любом месте и в любое время» в платформу необходимо будет интегрировать дополнительные приемопередатчики (например, Wi-Fi, WiMAX, 3G, Bluetooth), которые занимают дополнительное пространство, потребляют электроэнергию и влияют на производительность системы. Исследователи Intel активно ищут пути для создания решений на базе технологий, позволяющих интегрировать в микросхему все больше радиокомпонентов, а также оптимизировать затраты и повысить производительность. Ученые Intel представят три промежуточных этапа разработки, чтобы наглядно продемонстрировать новые идеи, связанные с цифровыми приемопередатчиками, полностью совместимыми с SoC будущего. 

«7-разрядный C-2C SAR АЦП 1,1 В 50 мВт 2,5 ГС/с с временным разделением на базе 45-нм технологии LP Digital»
В этом докладе будет подробно рассказано о новой технологии, предназначенной для систем радиосвязи в диапазоне 60 ГГц. Эта технология преобразует аналоговые сигналы в цифровые с помощью объединения нескольких менее сложных АЦП, называемых SAR АЦП, и распределения задачи между ними. Преимущества этого метода:

Пропускная способность передачи данных превышает 5 Гбит/с, что позволяет передавать фильмы DVD-качества по каналам беспроводной связи менее чем за 10 секунд.

Это первый 7-разрядный АЦП, полностью изготовленный по технологии CMOS, который может работать со скоростью 2,5 Гбит/с и позволяет существенно улучшить цифровые приемопередатчики с такими уровнями производительности. Энергоэффективность сравнима с доступными сегодня современными АЦП, но точность существенно повышена. 

«Дробный делитель частоты 4,75 ГГц с цифровой калибровкой зубцов на базе 45-нм технологии CMOS» 
Обработка аналоговых радиосигналов часто по своей сути является неэффективной, т. к. требуется фильтрация для коррекции спектральных примесей (которые можно назвать частотной рассогласованностью). Фильтрация необходима из-за того, что для обеспечения хорошей чувствительности и устойчивой передачи данных требуются чистые сигналы гетеродина (local oscillator, LO). В предыдущих методиках использовалось множество индукторов, занимающих место, потребляющих электроэнергию и увеличивающих стоимость. В этом докладе впервые в отрасли будет показано, как можно использовать цифровые технологии для необходимого смещения частоты с помощью генератора, управляемого напряжением (voltage controlled oscillator, VCO), и калибровки цепей, чтобы добиться отличной чистоты сигнала гетеродина. Преимущества цифровых технологий:

Сокращение количества необходимых компонентов и, соответственно, освобождение дополнительного пространства на микросхеме.

Новаторская технология, использующая изменчивость времени задержки на логическом элементе, присущую 45-нм производственной технологии CMOS, для измерения и калибровки несоответствий.

«Трехмерный датчик температуры AZ 1,05 В 1,6 мВт 0,45°C с компенсацией паразитного сопротивления на базе 32-нм технологии CMOS» 
В этом докладе будет представлен первый датчик температуры для применения в микропроцессорах, выпускаемых по 32-нм технологии с диэлектриками high-k и металлическими затворами CMOS. Для измерения температуры над поверхностью всего многоядерного процессора устанавливают множество распределенных датчиков. Устройство управления процессором может использовать показания этих датчиков для передачи точной информации о температуре программным компонентам более высокого уровня для выполнения служебных операций и оптимизации. В эпоху многоядерных процессоров управление термальной системой и электропитанием во многом определяет производительность и энергоэффективность платформы. Преимущества этого достижения:
• Совершенствование управления питанием процессора.
• Возможность добиться максимальной надежности работы микропроцессора.
• Ограничение утечки с помощью балансировки загрузки благодаря измерениям температуры во множестве критичных точек.
• Увеличение срока службы компонентов процессора за счет снижения рабочей нагрузки.
• Повышение точности идентификации и вмешательства благодаря большому количеству датчиков.

Улучшенные графические подсистемы для компактных мобильных устройств
Повышение энергоэффективности при выполнении наиболее высокопроизводительных и энергозатратных операций, таких как мультимедийные и графические приложения, обработка сигналов и вычисления SIMD, является важнейшим условием для работы систем с мобильными форм-факторами. SIMD (Single Instruction Multiple Data) – режим вычислений, в котором одна инструкция обрабатывает несколько элементов данных (например, все пиксели изображения). Размеры устройств постоянно уменьшаются, а в приложениях используется все более современная графика, поэтому необходимы усовершенствованные технологии, позволяющие выполнять больше вычислений SIMD и в то же время снизить энергопотребление. Сегодня схемы ускорения SIMD имеют высокие токи утечки и ограниченные возможности управления, а при уменьшении напряжения питания работают неустойчиво. 

«Перестраиваемый 4-поточный ускоритель векторных вычислений SIMD с двойным напряжением питания до 300 мВ на базе 45-нм технологии CMOS»
В этом докладе представлен 45-нм прототип микросхемы ускорителя SIMD, который позволит воспроизводить самые современные мультимедийные материалы и видео на всех платформах, включая ноутбуки, MID и другие компактные устройства. 

Преимущества новой технологии:
• В 10 раз более высокая энергоэффективность по сравнению с показателями сегодняшних продуктов со стандартными напряжениями питания. 
• Схемы с простым переходом на сверхнизкие напряжения питания (от 1,3 В до 230 мВ). 
• При снижении напряжения питания до 300 мВ энергоэффективность возрастает в 8 раз. 

• Ведущие в отрасли 45-нм процессоры для корпоративных пользователей  

«45-нм 8-ядерный процессор Intel® Xeon® для корпоративных пользователей»
8-ядерный 16-поточный процессор Xeon® для корпоративных пользователей на базе 45-нм производственной технологии 9M CMOS состоит из 2,3 млрд транзисторов.

В подсистеме ввода/вывода в каждом канале используется компенсация TX и RX, что позволяет достичь пропускной способности до 6,4 ГТ/сек.

«Семейство 45-нм процессоров с архитектурой Intel»
Будет представлено семейство процессоров с архитектурой Intel следующего поколения. Эти процессоры имеют до 8 ядер, построены на базе усовершенствованной микроархитектуры Core™, оснащены кэш-памятью 3 уровня и двумя потоками SMT. Они выпускаются по 45-нм технологии с использованием диэлектриков high-k и металлических затворов CMOS.
  
В процессорах данного семейства реализованы согласованные двухточечные каналы связи. Они включают контроллер памяти, микроконтроллер управления питанием и мощные транзисторы.

«Система тактирования для динамического переключения частоты в четырехъядерном процессоре Itanium®» 
Процессор Intel® Itanium® следующего поколения под кодовым наименованием «Tukwila» содержит четыре ядра и системный интерфейс с шестью каналами Intel QuickPath® Interconnect, а также четырехканальный интерфейс с памятью.

Из-за того что площадь кристалла составляет 700 мм2, а также из-за высокой степени интеграции в имеющейся системе тактирования были проблемы с энергопотреблением и компенсированием изменчивости.

Данный доклад посвящен решению этих проблем. В нем объясняется, как решение для управления напряжением питания и частотой позволяет оптимизировать мощность процессора и термальные характеристики. 

«45-нм 6-ядерный процессор Xeon®: более 1 млн единиц при выполнении теста TPCC» 
Однокристальный 6-ядерный процессор Xeon® состоит из 1,9 млрд транзисторов. Он изготавливается по 45-нм технологии 9M CMOS, имеет кэш-память второго уровня объемом 9 МБ и кэш-память третьего уровня объемом 16 МБ. При выполнении теста производительности TPCC система на базе 8 этих процессоров показала результат, превышающий 1 млн транзакций в минуту. 

Цепи системной шины находятся в центре кристалла, чтобы уменьшить задержки ввода/вывода.

Orphus system