英特爾於ISSCC 2004所發表的新技術

【iThome技術編輯劉人豪美國舊金山報導】
無獨有偶的，除了春季IDF，今年度的IEEE國際固態電子會議（ISSCC，International Solid-State Circuit Conference）亦於2月15日至19日在舊金山的Marriott Hotel舉行，與IDF重疊。由於英特爾身為全球半導體產業的龍頭，在歷屆ISSCC的論文發表有著舉足輕重的地位，所以在IDF的會前技術簡報，亦對媒體簡報它們在ISSCC 2004中所發表的新型半導體技術。不過，由於ISSCC 2004的議程公布已有一段相當不短的時間，所以英特爾所正式發表的技術規格，與當初登記的議程，有著相當程度的出入。

值得注意的是，英特爾技術長（Chief Technology Officer）Pat Gelsinger在2001年ISSCC時，提到了諸多英特爾在半導體技術上的發展重點，今年則特別著重在兼具低耗電及高效能的電路設計上。現在，參考ISSCC 2004所公布的資料，我們就來簡單介紹這些新技術的重點。7GHz、90nm製程的64位元ALU（編號8.7）

首先，英特爾發表了運作時脈可達7GHz、功耗300mW、90nm製程所生產的64位元整數邏輯運算單元（ALU）設計。除了號稱可以達成1個時脈周期的64位元運算輸出量（Throughput）外，這也是目前所知運作速度最快的ALU設計。由於採用大量的先進設計方式，相較於傳統的64位元ALU，可以擁有20%的效能提升以及僅僅56%的耗電量，電路面積亦僅有0.073平方公釐，英特爾將其視為未來處理器將會採用的技術。

值得注意的是，該論文在ISSCC 2004中的編號為8.7，而在前面編號8.3中，英特爾發表Prescott所實作的7GHz、90nm製程32位元ALU設計，而且考量到該64位元ALU的架構和Pentium 4所採用的Double Pumped ALU相當類似，極有可能這就是未來64位元桌上型處理器所採用的技術，甚至已經實作至Prescott之內，這等於間接承認英特爾64位元桌上型處理器的存在。

基底電壓交換技術（編號8.4）
隨著電路的高頻化，漏電（Leakage）問題也日趨嚴重，這對隨著Moore’s Law所持續縮小的製程是一個艱鉅的挑戰。有鑑於此，英特爾發表基底電壓交換技術（Swapped Body Biasing），將PMOS接地、NMOS接續Vcc來解決這個問題。據英特爾表示，在低電壓下，這可提升60%的時脈，而且可以降低200%的漏電，英特爾亦以此為基礎發展90nm製程的TCP offload處理器。另外，在0.5V的Vcc下可提升2.6倍的時脈，以及製程從180nm轉移至90nm、同時脈下可以降低0.2V的Vcc。

8Gbs的超高速I/O（編號13.8）
導入自適性收訊端訊號補償（adaptive receiver-equalization）、
信號及時脈偏移消除技術的訊號來源同步化（Source-Synchronous）I/O技術。其技術的重點，在於透過130nm製程所生產、8 way interleaved及4 tap discrete-time linear filter的類比訊號補償器，直接作在電路上的訊號調適器，也可以進行針對收訊端最佳化的訊號接收設定。英特爾表示，該技術適合平行化（Parallel）匯流排架構的應用，在目前一片從平行化走向序列化（Serial）的風潮中，顯的相當另類。3.6Gbs的點對點記憶體匯流排架構（編號11.8）

這是目前由英特爾、三星及英飛凌所聯合發展的記憶體匯流排介面。有別於過去多條記憶體模組（DIMM）在單一記憶體通道上「串接」，導致高時脈傳輸實作不易的問題，該技術變相將各記憶體模組給「攤平」、獨立的記憶體模組有著多組匯流排。如此一來，除了僅有一條記憶體的系統都可以享受到多通道的效能優勢，也能簡化記憶體模組及匯流排的設計，便利達成更高的運作時脈。

目前已經有該設計的原型測試系統及記憶體模組，以既有的DDR-2顆粒為基礎，可達成每隻腳位僅80mW的功率以及3.6Gbps的傳輸率。不過，由於這必須改變目前的記憶體模組規格，也會提升記憶體控制器的複雜度，所以要成為業界標準，也絕對需要一段不短的時間。可在64GHz及100GHz運作的電壓控制震盪器（編號24.6）

為了超高頻無線網路的應用，英特爾發表新型的電壓控制震盪器（VCO，Voltage-Controlled Oscillator）技術，透過實作在晶片上的分散式網路、提供25mA至1V的電源供應，達成0.4V的訊號振幅。在10MHz下可以達成僅-110dBc/Hz的振幅雜訊，以及2GHz/V的VCO。

不過，基本上，就算如此，要發射64GHz以及100GHz的訊號，依然需要相當高的功率，而且就以微波（Microwave）而言，電力對電波轉換效率並不會太高，所以該技術依然以宣示性質居多。正如同英特爾在矽製程光學元件上的努力，英特爾所想表達的意義，不外乎超高頻無線傳輸元件可用傳統的矽製程生產，更可以和其它矽製程的電子元件整合，正如同實體資料傳輸層（PHY）與網路介面控制晶片（NIC）做在一起的趨勢。這種透過矽製程生產高速類比電路，進而與數位電路的聚集（Convergence），正是英特爾近年來技術趨勢的重點。

尚未發表的技術
除了上述新技術之外，英特爾將在ISSCC 2004發表新款Pentium 4E Prescott所採用的實體電路設計及驗證技術，尤其為了達成電路設計的最佳化，英特爾導入全面化的自動電路設計技術（Automated Design），有別於過去處理器各功能單元分而治之、晶粒上有著明顯區塊的設計方式，Prescott的設計可將各獨立功能單元放置於最適當的位置，以平衡及降低各功能單元之間的導線延遲，例如過去一整塊的運算執行單元，就可能被分散在晶粒之中的不同部位。這些在ISSCC 2004中都可以一窺廬山真面目。

另外，英特爾亦將發表整合9MB第三階快取記憶體的新款Itanium 2「Madison」之快取記憶體設計技術。在過去兩年的ISSCC，Itanium的快取記憶體設計一直都是英特爾的技術宣示重點。由於9MB的快取記憶體將會佔用5億3千萬個電晶體以及將近90%的晶粒面積，要兼顧高容量以及低延遲，電路設計上就是一個很大的挑戰。英特爾預計在明年發表的雙核心IA-64處理器「Montecito」更將擁有24MB的第三階快取，遠邁IBM及Sun未來的新處理器，英特爾對快取記憶體的重視，在此昭然若現。ISSCC充分反映出半導體廠商及地區的實力

今年ISSCC的論文發表單位排名前16名，依序為IBM、英特爾、英飛凌、三星、ADI、NEC、Philips、TI、Fujitsu、Renesas、ETH Zurich、Hitachi、KAIST、Sony、Stanford以及UCB。按照慣例，IBM和英特爾幾乎都是最多的單位。值得注意的是，按照區域的比例，東亞33%，歐洲25%，而美洲42%，美國依然保有在半導體技術上的優勢。值得注意的是，東亞和美洲在產業界發表論文數相同，差距都在學術界的論文數量上。

另外，單以國家的論文數量，依序為美國（82）、日本（44）、南韓（17）、荷蘭（11）、德國（8）、比利時（7）、瑞典（5）、臺灣（5）、澳洲（4）、義大利（4）、法國（3）、以色列（3）、加拿大（2）、印度（2）、愛爾蘭（2）。不同國家的實力差異，清晰可見。文⊙劉人豪