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英特尔打破摩尔定律 语音芯片尺寸缩小20%

电子工程师 来源:cc 2019-03-05 08:42 次阅读

随着半导体的发展,语音芯片的尺寸近逼物理极限,摩尔定律将不适用;然而,一个来自美国的论文,让摩尔定律出现延续的希望。英特尔和加州大学柏克莱分校的研究人员在自旋电子学领域取得突破进展,一旦这项技术能够量产,可望研发出超级语音芯片,以延续摩尔定律的有效性。

目前主流晶体管是 CMOS ,但尺寸有 5 纳米的物理极限

摩尔定律是个经验法则,指的是语音ic中可容纳的晶体管数目,约 18 个月增加一倍,而这个定律主导科技产业数十年。目前的主流晶体管是 CMOS 晶体管,从 80 年代以来,大多数语音芯片厂商都仰赖 CMOS 晶体管,随着语音ic可容纳的晶体管数量增加,代表电子产品的尺寸也可以随之缩小。

然而,CMOS 操作的原理涉及由绝缘栅极控制的可开关半导体电导率,但尺寸有 5 纳米的物理极限,目前晶体管的尺寸已逼近物理极限,代表晶体管的尺寸很难再缩小,导致摩尔定律终结。

MESO 体积比 CMOS 小 20%,摩尔定律可延续

但是英特尔和柏克莱大学的研究人员提出一种可伸缩的自旋电子逻辑组件,它透过自旋轨道转导和磁电开关来工作。该装置采用先进的量子材料,特别是相关氧化物和物质拓扑状态,进行集体开关和检测。

根据他们的研究显示,一旦其采用多铁性和拓扑材料,放入逻辑和内存器件中,在相同空间下,MESO(magneto-electric spin-orbit;磁电旋转轨道)装置的逻辑运算会比 CMOS 高出 5 倍;除此之外,能源效率也比 CMOS 晶体管提升 10 到 100 倍。也就是说,未来的 MESO「超级语音芯片」,体积会比现在的语音芯片少 80% ,而且耗能降低超过 90% ,因为在单位面积的运算能力提升,晶体管尺寸可以再缩小,摩尔定律可望延续,人类能够制造更精细的电子设备。

物联网 AI 时代计算机耗能需求飙升, MESO 可提升能源效率

由于物联网和人工智能的崛起,未来计算机的能源效率需要再提升。根据美国能源局预估,目前计算机消耗的电能占美国能源总消耗的 3%,但随着物联网和人工智能发展,计算机使用量增加,数十年后,这个比例将飙升到 20% ,跟今日运输所需要的能源相当。如果没有更节能的晶体管,产业发展将受到阻碍。

此外,从国家战略角度来看,如果没有新的技术,美国在语音芯片方面的领导优势,可能被其他国家的语音芯片厂商取代。

因此,这是英特尔与和加州大学柏克莱分校的研究人员,企图以新材料让 MESO 取代 CMOS 地位的原因。在自旋电子学技术下, MESO 有望在未来取代目前广泛使用的 CMOS 晶体管,进而延续摩尔定律,也让物联网和人工智能得以顺畅发展。

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