什么是 SysMoore? – SysMoore 与 摩尔定律 | 新思科技
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定义

SysMoore 这一术语指的是先进的集成电路设计,它是摩尔定律的规模复杂性和超融合集成的系统复杂性的结合体。


什么是摩尔定律?

摩尔定律不是一个法定的规则,甚至不是科学意义上经过验证的理论(如 E = mc2)。它是 Gordon Moore 于 1965 年在 Fairchild Semiconductor 工作时观察到的现象:微芯片(1965 年的名称)上的晶体管数量每年都会增加一倍。

Moore 随后与他人共同创立了 Intel Corporation,同时他观察到的这一现象成为了半导体技术革命的推动力。由于这是基于对真实情况的观察,随着时间的推移,翻倍间隔的时间不断发生演变,最长为两年,然后下降到大约 18 个月。然而,摩尔定律的指数级增长一直在持续,这为半导体行业带来了数十年的重大发展机遇。

鉴于半导体制造的特性,采用先进的工艺实现目前的设计,将会生产出更密集的芯片,从而使成本得以降低。更小的晶体管尺寸带来了更低的功耗和更好的性能。所以,驾驭摩尔定律曲线,可获得明显的商业效益。很多公司都践行了这一定律,并且因此取得了巨大的成功。

Gordon Moore 肖像(1965 年)

摩尔定律在如何变化?

在过去十年左右的时间里,半导体工艺技术变得极为复杂。如今,晶体管发展成有违直觉的三维结构器件。极小功能尺寸的先进工艺技术,需要多重曝光工艺(多重图形工艺)才能在硅晶片上准确再现这些功能。这大大增加了设计过程的复杂性。

所有这些复杂性从根本上“减缓”了摩尔定律的发展速度。虽然迁移到新工艺节点仍不失为一种选择,但这种方式的操作极为复杂、成本极为高昂,从而导致迁移速度变缓。此外,现如今的每个新工艺节点,在密度、性能和功耗降低方面,均未表现出显著改善。半导体工艺技术的演进逐渐接近摩尔极限,而这正在减缓摩尔定律的指数级效益。

为何超融合设计需要“全有”原则

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接下来会发生什么?

半导体和电子设计自动化 (EDA) 行业充满创新和创造力。推动持续创新和发展所需的指数级技术曲线不可能停止,也不会停止。

在摩尔定律放缓的新环境下,此行业正在以其他方式进行创新。比如在架构方面进行创新(如采用并行算法和新计算方法),这些通常由人工智能 (AI) 技术予以辅助。

在硬件层面也发生了一些重大变化。大型单芯片设计方法开始被多片硅取代,每片硅都有特定的用途,并使用非常密集的新集成技术集成在一个封装中。

这种集成技术称为 2.5D 或 3D 设计。它为构建复杂片上系统 (SoC) 设计的新方法奠定了基础。与在大型单片芯片中包含系统不同,现在采用一系列小型芯片(包括小芯片和密集的内存堆栈)包含系统,而且所有这些器件都集成在一个复杂的封装中,从而形成系统级封装 (SiP) 设计。


SysMoore 简介

多年来,得益于著名的摩尔定律得出的趋势,规模复杂性推动了半导体行业的技术发展呈指数级增长。当单个芯片的规模化能力开始放缓时,该行业找到了其他创新方法来维持这种指数级增长。这些新方法探究了整个系统的要求,其目的是要在系统层面实现整合。

这种全新的设计趋势受系统复杂性的驱动,旨在通过其他方式维持技术发展的指数级增长。从某些方面来讲,这种新设计方法被称为“超摩尔”。这一词语主要指 2.5D 和 3D 集成技术。

然而,新设计方法所要实现的整个格局更为宏大,同时也提供了可为行业带来更深远影响的诸多机遇。在 2021 年全球新思科技用户大会 (SNUG World) 上,新思科技董事长兼联席首席执行官 Aart de Geus 发表了主题演讲。在他的演讲中,据 Aart de Geus 先生的观察发现,摩尔定律正在逐步融入由系统复杂性产生的全新创新。他创造了 SysMoore 一词,简洁地描述了这种全新的设计模式。

下面大概介绍一下这些趋势和出现的这一新词。在可预见的未来,SysMoore 时代将推动半导体创新。但各种亟待解决的设计挑战也必定会随之而来。

SysMoore 与摩尔定律趋势 | 新思科技

新思科技对 SysMoore 时代的响应

SysMoore 时代会对设计有着极大的需求。在一个复杂的封装中融合多种技术,需要对整个系统进行整体分析。在 SysMoore 时代,以往用于独立分析系统每个部分的方法,将不再奏效。而是需要超融合设计流程,这一流程集成了优化的技术,可对整个系统进行统一分析。

新思科技会提供更多的集成产品,以应对 SysMoore 时代超融合设计所带来的挑战。包括:

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