變形半導體技術(shù)是否能讓芯片產(chǎn)業(yè)走得更遠
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這兩位研究人員的背后是藍色巨人，而且在2001年他們獲得了美國國防部1100萬(wàn)美元的研發(fā)資金。而且現在IBM正在加緊制造這一新理念下的第一款芯片模型。如果這款新型芯片能夠實(shí)現兩位研究人員的預期，那么也許IBM將會(huì )孵化出全新系列的超級芯片－處理器運算速率達到每秒1億萬(wàn)次。
這樣的處理速度讓IBM自身也感到驚奇，畢竟同等計算能力的超級計算機系統在1997年的造價(jià)高達5000萬(wàn)美元。不過(guò)更讓人稱(chēng)奇的事情在于這款芯片可以通過(guò)重新連線(xiàn)改變其結構，也就是眾所周知的可重組式系計算（Reconfigurable Computing）?；谶@項技術(shù)，也許未來(lái)蘋(píng)果電腦中的PowerPC芯片可以通過(guò)改變架構，從而支持專(zhuān)門(mén)為英特爾芯片架構設計的軟件系統。而且音樂(lè )播放器iPod也可以轉變?yōu)楸銛y電腦，或者在檢測到電話(huà)呼入時(shí)自動(dòng)轉換為一部手機。
當然IBM并不是唯一一家研制變形半導體技術(shù)的芯片廠(chǎng)商。實(shí)際上主流邏輯芯片供應商幾乎都將目光對準了這種全新的理念，包括惠普、英特爾、NEC、飛利浦電子以及德州儀器公司等。菲利普電子以及德州電器等，而且大量新興公司也正在接入這一市場(chǎng)，如Velogix、picoChip Designs 以及MathStar等。
目前提升處理器性能的通常設計思路是在半導體芯片中集成更多的晶體管，然而隨著(zhù)芯片中晶體管數量的急速增加，導致了發(fā)熱量的提升，目前過(guò)高的發(fā)熱量已經(jīng)成為了芯片發(fā)展的制約因素。到2008年的時(shí)候，處理器上電路的如此微小以至于其總長(cháng)度將達到20英里。在電路中電流散發(fā)的熱量足以將電路自身溶化。為此，引入一種新的處理器設計理念已經(jīng)顯得尤為重要。
為此芯片廠(chǎng)商提出了一種解決方案－將硅晶片一分為二，制造成雙內核甚至多內核處理器，從而縮短電路長(cháng)度。AMD公司正在采用這種方式。英特爾的雙內核芯片對這種解決方案進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，它采用一種Vanderpool的新技術(shù)。這些芯片將可以同時(shí)運行兩套操作系統，例如微軟的Windows XP以及Linux，并在不同的操作系統平臺上運行各自的應用軟件。
今年晚些時(shí)候索尼在日本市場(chǎng)推出的下一代視頻游戲機PS3將包含9個(gè)處理器－IBM的PowerPC主處理器負責監控8個(gè)相對簡(jiǎn)單的副處理器。這種多內核芯片代號為Cell，由IBM、索尼以及東芝公司攜手開(kāi)發(fā)。索尼聲稱(chēng)Cell芯片將使得PS3的性能和1997年戰勝棋王卡斯帕羅夫的IBM深藍電腦相媲美。而東芝則將Cell芯片視為下一代"智能"高清晰電視以及其他消費者電子產(chǎn)品的核心。
Cell芯片采用了另一種形式的可重組計算，硅片中的每一部分都被加入了一種名為"eFuse"的技術(shù)。eFuse技術(shù)在每一塊芯片上增加了大量的微電溶絲，它們與特定的隨機軟件結合時(shí)，eFuse可使芯片分配自身內部電路以應對不同計算任務(wù)，或者增加芯片的運算頻率。這種微電溶絲被焊接在芯片上而無(wú)需增加成本，它的功能是控制各個(gè)電路的速度，從而可以管理電路性能與電力消耗。它們還有助于修復某些缺陷或圍繞缺陷工作。例如，當芯片電路運行過(guò)快或過(guò)慢時(shí)，微電溶絲可以改變電路的電壓或者提高和減緩速度，以適應任務(wù)的需要。
與此同時(shí)，如果問(wèn)題發(fā)生在芯片的某個(gè)部分，比如芯片內存的某個(gè)部分，eFuse可以讓這個(gè)部分關(guān)閉，但并不影響芯片的其他部分繼續運行。借助于eFuse技術(shù)可以實(shí)現對芯片的重新編程。
eFuse技術(shù)是IBM公司更廣泛開(kāi)發(fā)戰略的一部分。IBM公司的Power5芯片就采用了這項技術(shù)。對于藍色巨人來(lái)說(shuō)，eFuse技術(shù)十分經(jīng)濟：IBM可以大批量制造相同規格的芯片，然后通過(guò)對微電溶絲的編程實(shí)現不同類(lèi)型的定制芯片。eFuse技術(shù)發(fā)明者這之一IBM的工程師Subramanian Iyer表示，IBM電腦中的圖形芯片和Mac電腦中的圖形芯片完全不同，在此之前，我們不得不生產(chǎn)兩款不同的芯片，并試圖預測出其需求量，而現在我們僅僅需要開(kāi)發(fā)一種芯片。
就靈活性而言，在可重組計算領(lǐng)域現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)技術(shù)無(wú)疑是最出色的。FPGA就好像硅片上的交通燈，控制著(zhù)電流信號的傳輸或停止，這將使芯片中電路的運行效率提高上千倍?；谠摷夹g(shù)，最終芯片會(huì )將所有的電子產(chǎn)品功能整合到一個(gè)產(chǎn)品中。FPGA提供商Xilinx公司的首席技術(shù)官I(mǎi)vo Bolsens解釋道，未來(lái)你只需購買(mǎi)不包含任何功能的遠程控制器，當你將其帶回家后，它可以識別了您家中的所有系統－電視、音響、DVD播放器等，并且自動(dòng)對自身進(jìn)行改造，來(lái)控制這些電器。
雖然在家電領(lǐng)域，可重組計算的應用并不廣泛，但是FPGA在大型計算機系統中找到了用武之地。去年2月份，超級計算機廠(chǎng)商Cray宣布了基于FPGA技術(shù)的超級計算機Cray XD1所取得的顯著(zhù)成果。該系統主板采用了AMD的處理器和6塊FPGA芯片，其中FPGA將該系統的圖形編碼能力提升了1000倍。不過(guò)這是在特殊情況下，一半情況下，XD1系統的性能提升為15到100倍。
然而不幸的是，FPGA編程十分困難，并且還會(huì )花費大量的時(shí)間。不過(guò)目前幾家研究機構正在專(zhuān)注于簡(jiǎn)化FPGA應用的研究。
不過(guò)德州大學(xué)的兩位研究人員所從事的芯片開(kāi)發(fā)并不會(huì )遇到這樣的難題，因為其因為新型芯片的設計理念就是將任務(wù)簡(jiǎn)化，實(shí)際上大量運算在邏輯操作之前就已經(jīng)被多內核芯片所預先處理。
該研究人員預測可重組計算芯片市場(chǎng)將會(huì )在未來(lái)十年中迅速成長(cháng)，而索尼的首席技術(shù)官Tsugio Makimoto則認為到2007年該類(lèi)型芯片就會(huì )有所成就，在那之后自適應性芯片將會(huì )成為趨勢。
不過(guò)來(lái)自其它領(lǐng)域的突破性技術(shù)依然將會(huì )對變型半導體技術(shù)的普及形成潛在的威脅，如惠普公司著(zhù)手研究的新型廉價(jià)塑料導體。
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