數(shù)字芯片一直是半導體芯片中最核心的品類之一,其出貨量巨大,對半導體工藝的依賴程度很高,常常被視為推動整個半導體行業(yè)發(fā)展的核心。因此,在MAPT路線圖中,對數(shù)字芯片相關的路線圖分析尤為詳實。
在數(shù)字芯片的路線圖中,首先引人注目的是與傳統(tǒng)摩爾定律預測截然不同的數(shù)字。根據(jù)MAPT路線圖的預測,未來十年內,晶體管密度將從目前的每平方厘米200億增加到每平方厘米800億,即增長4倍。相比之下,過去摩爾定律預測每18個月晶體管密度翻倍,因此在十年內晶體管密度應該增加64倍以上。從MAPT路線圖的預測來看,未來晶體管密度的增長速度將遠低于摩爾定律時代——未來十年的晶體管密度增長速度僅相當于過去三年的水平。
此外,近年來半導體工藝的發(fā)展表明,晶體管性能(即門延遲)的改善甚至落后于摩爾定律預測的每18個月提升40%的速度。目前每代工藝演進在集成度翻倍的同時,晶體管性能僅提升10%至20%,而未來這一增長率可能更低。因此,根據(jù)MAPT路線圖,可以初步估算未來十年中隨著晶體管集成度增加四倍,晶體管性能提升大約在20%至30%之間。換言之,數(shù)字芯片性能的提升不再僅依賴于晶體管性能提升,而需要借助其他方法。
MAPT路線圖指出,數(shù)字邏輯的未來進步主要依賴于架構上的創(chuàng)新。主要的進步方向包括:
1. 進一步提升集成度:由于半導體工藝進步對邏輯密度提升的貢獻有限,為了進一步提升集成度,需要依賴高級封裝技術。高級封裝技術可以通過不同的堆疊方式(如2.5D和3D)將不同的芯片粒子整合到同一封裝中,有望在未來中高端芯片中得到更廣泛應用,并解決先進工藝的良率問題。
2. 降低數(shù)據(jù)移動開銷:隨著芯片集成度的增加,數(shù)據(jù)互聯(lián)的開銷將成為性能和能效比的主要瓶頸。為解決這一問題,需要利用高級封裝技術降低功耗,采用新架構如近內存計算和存內計算降低開銷,并通過模擬和混合信號電路創(chuàng)新降低數(shù)據(jù)移動開銷。
3. 使用專用設計架構:采用更多的專用設計架構來取代通用設計,例如使用AI加速器進行人工智能相關計算,可大幅改善能效比。在使用專用設計架構時,軟硬件協(xié)同設計至關重要,因為需要考慮軟件和應用層的實際需求,實現(xiàn)高效率。
綜上所述,MAPT對數(shù)字邏輯電路的未來演進主要依賴于高級封裝技術,通過利用該技術進一步提升集成度、降低數(shù)據(jù)移動開銷,并實現(xiàn)專用架構設計的集成,從而在未來十年中繼續(xù)推動芯片性能和能效比指數(shù)級提升。