CMOS芯片的分级及散热问题

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　　在ICCAD的主题演讲上，NRI的Jeff Welser指出业界正在努力寻找 CMOS 的替代方案。在他的演讲中，Welser提到了很多的CMOS失败，但是最吸引我的一个是讨论长久以来的“芯片分级Chip binning ”以及由于晶体管泄漏问题而形成的危害。

　　芯片分级是指芯片制造商按照某个速度等级设计芯片，比如2GHz，但是等芯片生产并测试后，制造商发现有些芯片工作在既定的2GHz速度等级上，有些则超过了2GHz，还有更多的芯片工作在一个较低的速率上（比如1.8 GHz、 1.5 GH甚至1 GHz）。

　　有些芯片供应商，特别是微处理器的供应商不会把未达到既定特性规范的芯片丢弃，而是把它们的大部分都卖给了消费者。他们仅仅根据速度把芯片分级然后制定相应的价格，只有很少的芯片被废弃。这就是处理器公司生意如此好的原因之一，他们可以销售大部分的库存。其它ASIC芯片则必须达到特性等级并符合系统规范，否则用户不会购买。爷爷奶奶级的消费者大部分都不知道分级这 件事情。

　　作为一个消费者，我总是在想当我们购买一个新的PC时，我们如何才能知道所得到的处理器是否达到了目标规范？作为一个有技术背景的消费者，我们还会进一步想为什么这些处理器不能达到目标呢？就我所知，MCU供应商不会向消费者提供这些消息的。

　　但是分级或许会收到一些影响了。在Welser的陈述中，他简单地展示了一个失败案例，由于超前的工艺问题带来的晶体管泄漏问题使得分级处理正处于危险中。由于泄漏以及泄漏带来的发热问题，制造商越来越多地被迫丢弃那些性能最高的芯片。Welser说制造商害怕工作在最高时钟频率的芯片会散发出太多的热量，并最终因此而自燃。

　　以前MPU供应商可以从那些高性能的芯片上获利非浅，所以现在CMOS工艺的泄漏是个很大的问题，并触及到他们的底线。这也是业界为什么把找到抑制泄漏的方法或者找到一个适当的替代方案作为最重要的任务。

　　或许你可能知道，几年前MPU供应商转向多核的主要原因是因为传统的单核处理器结构遇到了泄漏/发热问题，从那时甚至到现在，MPU的主要竞争就是性能。在意识到可能碰到泄漏和相应的热问题并导致故障和召回以前，MPU供应商已经将单核频率推到了4.5GHz。所以现在，MPU供应商开始发展多核，将多个低性能的处理器核放在一个芯片中，并为了在各个处理器核间平均分配计算负荷而建立新的架构，此时没有核会运行的太快，不会散发太多的热量并导致自燃。

　　多核方式看上去似乎避免了泄漏和热问题，但是随着CMOS的继续演进和泄漏的更加严重，即使有诸如高K值的新材料，我们面临的问题依然是它还可以坚持多久以及限制是什么？

　　无论如何，分级还会继续。在多核年代，判断是否买到最好的处理器或许会变得更加困难。事实上，在Welser的谈话中指出最前沿的处理器从长远来看并不是最好的处理器。逐渐地，消费者或许要考虑系统的芯片采用何种封装和冷却方式，它有多少核，它的性能如何以及它有多少片内内存。

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