PC的未來(lái)

IT科技的進(jìn)步或許是我們這個(gè)時(shí)代最鼓舞人心的事情之一，這個(gè)行業(yè)留下了無(wú)數(shù)經(jīng)典的傳說(shuō)。本世紀(jì)以來(lái)的12年，IT科技的進(jìn)步可以用一日千里來(lái)形容，有些技術(shù)甚至是12年前我們想也不敢想的。那么，未來(lái)的日子里，IT科技還能始終保持著這樣的前進(jìn)步伐嗎？

未來(lái)技術(shù)路線圖系列

個(gè)人計(jì)算機(jī)

智能手機(jī)和平板電腦

數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)

平板顯示

辦公設(shè)備

作為計(jì)算技術(shù)的核心平臺(tái)，臺(tái)式電腦已經(jīng)陪伴我們很長(zhǎng)的時(shí)間，但與筆記本電腦相比，臺(tái)式電腦平臺(tái)很難體現(xiàn)IT技術(shù)的最新潮流。筆記本電腦會(huì)成為未來(lái)的主流，因此這種PC形式在各項(xiàng)技術(shù)和功能上無(wú)論過(guò)去還是未來(lái)都有非常清晰的發(fā)展脈絡(luò)。第一臺(tái)筆記本電腦誕生于1985年，而到了2002年，經(jīng)歷了17年發(fā)展之后的筆記本電腦與現(xiàn)在的筆記本電腦外觀相差無(wú)幾——盡管計(jì)算能力已經(jīng)存在天壤之別。那么，今后一段時(shí)間，筆記本電腦還會(huì)保持原來(lái)的樣子嗎？它們將走上怎樣的發(fā)展道路？CHIP將為你解開(kāi)謎底。

重量和續(xù)航時(shí)間的革命

重量和續(xù)航時(shí)間是筆記本電腦用戶最看重的因素。與十多年前的筆記本電腦相比，現(xiàn)在的筆記本電腦在重量和續(xù)航時(shí)間上都大幅超越前者：目前的主流筆記本電腦（14英寸、面向商務(wù)和娛樂(lè)、Windows平臺(tái)）質(zhì)量大約在2.2kg左右，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用打開(kāi)時(shí)，可用時(shí)長(zhǎng)約為3~4小時(shí)，這一進(jìn)步始于2005年，即劃時(shí)代迅馳技術(shù)的出現(xiàn)。但與2005年的迅馳筆記本電腦相比，除了在運(yùn)算速度上的提升之外，在重量和續(xù)航時(shí)間方面，現(xiàn)在的筆記本電腦的進(jìn)步并不大——盡管英特爾已經(jīng)不再?gòu)?qiáng)調(diào)，但目前的筆記本電腦依然沒(méi)有脫離迅馳平臺(tái)的范疇。這一現(xiàn)象將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)得到改觀：在英特爾的全力推動(dòng)下，“Ultrabook（超極本）”平臺(tái)已經(jīng)實(shí)用化。第一代Ultrabook的尺寸多集中于11~13英寸，采用主流的低電壓型節(jié)能處理器、固態(tài)硬盤(pán)或混合硬盤(pán)以及內(nèi)置型鋰聚合物電池等組件，擁有1kg左右的超輕重量、15mm上下厚度的苗條身材以及7小時(shí)以上的超長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，還擁有快速恢復(fù)等貼心的功能。此外，一些出色的產(chǎn)品，比如已經(jīng)發(fā)展了4代的劃時(shí)代筆記本電腦，也是Ultrabook的先行者蘋(píng)果MacBook Air以及Windows平臺(tái)的技術(shù)王者索尼VAIO Z系列，均已經(jīng)指出了筆記本電腦未來(lái)的發(fā)展方向，那就是更輕、更薄、更易用、性能更高。

將來(lái)所有的筆記本電腦都將是“Ultrabook”嗎？CHIP認(rèn)為這個(gè)答案是肯定的。自從筆記本電腦處理器和臺(tái)式機(jī)處理器分道揚(yáng)鑣以來(lái)，前者的設(shè)計(jì)就越來(lái)越偏向于移動(dòng)計(jì)算應(yīng)用，在迅馳技術(shù)出現(xiàn)后這一分歧達(dá)到了巔峰，用于桌面PC的Pentium 4處理器和用于移動(dòng)平臺(tái)的Pentium M處理器就像來(lái)自兩個(gè)世界，后者在能效比，甚至性能方面都大幅超越了前者。盡管目前的桌面和移動(dòng)Core處理器看起來(lái)差距不是那么大，但在基本層面二者已經(jīng)完全不同。“Ultrabook”的出現(xiàn)則會(huì)將這些不同進(jìn)一步拉大，從而指引未來(lái)數(shù)年移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展潮流。想要完成這一革命，僅僅依靠CPU的進(jìn)步還不夠，所幸固態(tài)硬盤(pán)、內(nèi)存技術(shù)、高速接口技術(shù)等方面的進(jìn)步已經(jīng)足以支持這一變革。不過(guò)，因?yàn)槌杀締?wèn)題，“Ultrabook”的進(jìn)化將會(huì)首先在高端平臺(tái)展開(kāi)，即使是注重性能的筆記本電腦，也會(huì)逐漸將圖形運(yùn)算等繁重工作交給底座上的獨(dú)立顯示卡等高性能組件。而在低端筆記本電腦市場(chǎng)上，目前的設(shè)計(jì)還將擁有一定生命力。它的壽命取決于固態(tài)硬盤(pán)/混合硬盤(pán)和SoC型處理器的價(jià)格，如果ARM架構(gòu)、Atom系列處理器大舉進(jìn)軍低端筆記本電腦市場(chǎng)，并且iOS和Android應(yīng)用繼續(xù)保持良好的發(fā)展勢(shì)頭，那么實(shí)現(xiàn)500美元以下的低價(jià)“Ultrabook”則毫無(wú)困難。

CPU迎來(lái)后摩爾定律時(shí)代

經(jīng)歷了Pentium 4高頻低能的慘痛教訓(xùn)之后，英特爾的Core微架構(gòu)處理器交出了令人滿意的答卷。此后，Core微架構(gòu)又歷經(jīng)數(shù)代發(fā)展，保持著每代處理器性能提高15%~30%，TDP基本不變的高水平——這些成就是在集成了內(nèi)存控制器、顯示核心等更多組件的情況下取得的。與此同時(shí)，AMD則經(jīng)歷了陣痛，盡管處理器性能也在穩(wěn)步提高，但過(guò)高的發(fā)熱量和落后的制程阻礙了它前進(jìn)的步伐。尤其是在筆記本電腦平臺(tái)上，英特爾一直處在獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的地位，即使是Pentium 4失意的時(shí)代，筆記本電腦平臺(tái)上的Pentium M處理器也依然保持著性能的優(yōu)勢(shì)。移動(dòng)處理器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如何？CHIP認(rèn)為，節(jié)能和高效率依然是處理器的發(fā)展方向。隨著制程技術(shù)和架構(gòu)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)數(shù)年之內(nèi)，處理器的發(fā)展依然會(huì)沿著摩爾定律指引的道路前進(jìn)。而在更遠(yuǎn)的未來(lái)，整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)的大變革或許正等待著我們。

微架構(gòu)技術(shù)繼續(xù)挖掘潛力

根據(jù)英特爾的慣例，每隔大約6~7年左右，便會(huì)啟動(dòng)一次微架構(gòu)的較大變革。不過(guò)，由于目前競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD在性能和發(fā)熱量等主要指標(biāo)方面表現(xiàn)不佳，因此Core微架構(gòu)可能還會(huì)維持一段壽命周期，僅僅依靠對(duì)微架構(gòu)的漸進(jìn)式改進(jìn)和工藝的進(jìn)步來(lái)達(dá)到每代處理器性能提高10%~30%左右的目標(biāo)。

Core微架構(gòu)處理器面世6年來(lái)，最令人稱道的進(jìn)步是逐步“融合”了原來(lái)北橋芯片的功能，AMD也做了同樣的事情。目前，英特爾和AMD最新的桌面和移動(dòng)平臺(tái)處理器，包括即將上市的Ivy Bridge在內(nèi)，都集成了內(nèi)存控制器、GPU、高清視頻壓縮解壓、I/O和能源管理等模塊。主流Ivy Bridge處理器的耗電量從25W降低到了17W，因此第二代Ultrabook在技術(shù)上將會(huì)更成熟，使用體驗(yàn)也更佳。2013年將要上市的Haswell處理器則更進(jìn)一步，某些型號(hào)將會(huì)集成南橋芯片的絕大部分功能，包括各類總線和外部接口，從而成為第一顆SoC（片上系統(tǒng)）型的高性能處理器——第一顆SoC型x86處理器的殊榮則屬于剛剛上市代號(hào)為Medfield的Atom處理器。而桌面型號(hào)和其他移動(dòng)處理器也會(huì)采用將南橋集成在CPU模組內(nèi)的MCM（Multi-Chip Module）封裝模式。對(duì)于移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)而言，CPU的SoC化可算是具有里程碑式的重大意義，SoC型Haswell處理器無(wú)論從性能、耗電量還是尺寸等方面，都是Ultrabook平臺(tái)最適合的“心臟”。到2013年Haswell處理器全面上市之時(shí)，Ultrabook普及的最佳時(shí)機(jī)也將隨之來(lái)臨。

盡管依然基于Core微架構(gòu)，但Haswell處理器依然擁有幾個(gè)重要的革新。除了前文中提及的SoC化之外，它還支持所謂的“Transactional Synchronization（TSX，事務(wù)同步擴(kuò)展）”技術(shù)，這一技術(shù)允許程序員指定事務(wù)型同步代碼空間，從而由處理器動(dòng)態(tài)決定線程是否鎖定。這樣可將目前程序員常用的粗粒度線程鎖定轉(zhuǎn)為自由度更高且對(duì)多線程利用更好的細(xì)粒度線程鎖定，且可避免較大的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。此外，新增的AVX2指令集也是Haswell處理器一大特色。AVX2是由Sandy Bridge架構(gòu)上的第一代AVX指令集擴(kuò)展增強(qiáng)而來(lái)的，為絕大多數(shù)128位SIMD整數(shù)指令帶來(lái)了256位數(shù)值處理能力，同時(shí)繼續(xù)遵循AVX的編程模式。AVX2還提供了一系列的增強(qiáng)功能，包括數(shù)據(jù)元素的廣播、逆變、每個(gè)數(shù)據(jù)元素可變位移計(jì)數(shù)的矢量位移指令，從內(nèi)存中拾取非相鄰數(shù)據(jù)元素的指令等等。至于再下一代的Broadwell處理器，目前還沒(méi)有具體的消息傳來(lái)，只知道它將是全SoC設(shè)計(jì)。

制程技術(shù)期待變革

多年來(lái)，英特爾的制程技術(shù)一直領(lǐng)先于業(yè)界，但I(xiàn)BM、三星和臺(tái)積電等的技術(shù)進(jìn)步也令人矚目。自從摩爾定律提出以來(lái)，半導(dǎo)體業(yè)界一直沿著摩爾定律的指引發(fā)展，但目前，我們已經(jīng)越來(lái)越多地討論摩爾定律乃至硅芯片發(fā)展的盡頭。

隨著英特爾22nm工藝晶體管的量產(chǎn)，關(guān)于22nm工藝的疑慮已經(jīng)煙消云散。在22nm節(jié)點(diǎn)，英特爾率先使用了三柵極晶體管這一創(chuàng)新技術(shù)，但最近的Ivy Bridge處理器推遲出貨的事件據(jù)稱也與22nm制程的不穩(wěn)定有關(guān)系。2011年年底，英特爾又進(jìn)一步宣布14nm工藝已經(jīng)成功試產(chǎn)，盡管業(yè)界對(duì)英特爾在14nm節(jié)點(diǎn)上的功力深信不疑，可是對(duì)14nm工藝之后硅芯片發(fā)展的質(zhì)疑之聲也一直沒(méi)有中斷。除了英特爾之外，IBM、Globe Foundries和臺(tái)積電等公司也在針對(duì)14nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)展開(kāi)研究，預(yù)計(jì)在2013~2015年，先進(jìn)處理器的制造工藝將全面轉(zhuǎn)向14nm。隨著制程技術(shù)的細(xì)微化，用于改進(jìn)生產(chǎn)工藝的投資也越來(lái)越多。從數(shù)年前開(kāi)始，在各類半導(dǎo)體年會(huì)上都會(huì)出現(xiàn)類似預(yù)警的聲音，也就是阻礙未來(lái)半導(dǎo)體制程技術(shù)進(jìn)步腳步的不是研究，而是成本。在14nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上，將會(huì)有幾項(xiàng)重要的技術(shù)投入實(shí)用化，它們就是此前我們?cè)?jīng)多次報(bào)道的EUV光刻技術(shù)、450mm（18英寸）大尺寸晶圓技術(shù)和3D晶體管技術(shù)。其中，EUV光刻技術(shù)和450mm晶圓都需要大量的初期資金投入，因此成本提升也是勢(shì)在必行。

EUV光刻技術(shù)采用13.5nm波長(zhǎng)的短波紫外光，根據(jù)相關(guān)理論，它的極限分辨率是6.7nm左右，但在實(shí)際應(yīng)用中，在10nm~12nm工藝級(jí)別層面，就需要應(yīng)用各類超解像技術(shù)，這類技術(shù)的運(yùn)用將會(huì)帶來(lái)進(jìn)一步的成本上升。此外，即使在EUV技術(shù)上投入巨額資金，但當(dāng)半導(dǎo)體元件進(jìn)一步精細(xì)化之后，EUV技術(shù)仍有可能變得跟不上時(shí)代，其他替代技術(shù)，如多電子束無(wú)罩光刻技術(shù)（Multi-e-Beam Maskless Lithography，MEBML）恐怕也面臨類似的問(wèn)題，這與193nm紫外光刻技術(shù)經(jīng)歷多次改進(jìn)仍可屹立不倒形成強(qiáng)烈的對(duì)比。因此相關(guān)研究人員一致認(rèn)為，14nm節(jié)點(diǎn)（對(duì)英特爾是10nm節(jié)點(diǎn)）是EUV光刻技術(shù)介入的最后時(shí)期，如果屆時(shí)還不能成功上位，EUV技術(shù)將會(huì)失去機(jī)會(huì)。目前，ASML公司的NXE-3300型EUV光刻機(jī)已經(jīng)量產(chǎn)，并準(zhǔn)備供給一些有影響力的廠商評(píng)估使用。

在半導(dǎo)體業(yè)界大廠中，英特爾已經(jīng)明確表示EUV光源功率的增長(zhǎng)已經(jīng)無(wú)法跟上它進(jìn)步的步伐，因此14nm處理器使用193nm液浸式光刻+減半節(jié)距雙重成像技術(shù)已經(jīng)成為定局。而其他廠商，如臺(tái)積電則仍在猶豫，EUV技術(shù)有可能成為它們14nm工藝的首選項(xiàng)，前提是這一兩年內(nèi)光源功率能夠有突破性的進(jìn)展。針對(duì)10nm工藝節(jié)點(diǎn)，英特爾方面認(rèn)為EUV技術(shù)仍是首選，如果一切順利，它將選用EUV技術(shù)來(lái)制造芯片的關(guān)鍵層；但英特爾也不準(zhǔn)備在一棵樹(shù)上吊死，因此該公司仍然準(zhǔn)備了193nm液浸光刻技術(shù)+多重成像/互補(bǔ)成像技術(shù)的備選方案。后者成本更昂貴，但實(shí)現(xiàn)的困難程度則較小。而對(duì)幾乎所有半導(dǎo)體廠商而言，用193nm液浸光刻技術(shù)形成格柵圖案，再用EUV/MEBML/多重成像技術(shù)完成線切割可能是14nm到10nm工藝節(jié)點(diǎn)最為現(xiàn)實(shí)的選擇。

450mm晶圓的應(yīng)用也已經(jīng)被大大延誤。根據(jù)2008年英特爾、臺(tái)積電和三星達(dá)成的協(xié)議，今年本應(yīng)是450mm晶圓的實(shí)用化元年，但目前這一日期已經(jīng)被推到了2015年，甚至2018年。目前英特爾在建的Fab 42廠（2013年投產(chǎn)）依然采用300mm晶圓設(shè)備，但保留了升級(jí)能力；D1X廠則完成了450mm晶圓試產(chǎn)。而臺(tái)積電的態(tài)度則更為積極，表示將投資100億美元建設(shè)新的450mm晶圓工廠，并在2015年完成投產(chǎn)。這可能是因?yàn)榕_(tái)積電面臨巨大的代工產(chǎn)能壓力而英特爾已經(jīng)有足夠多的工廠完成自家生產(chǎn)任務(wù)的緣故。

隨著晶體管的尺寸越來(lái)越小，絕緣層也變得越來(lái)越薄。當(dāng)工藝進(jìn)展到10nm以下時(shí)，只有幾個(gè)原子厚度的絕緣層可能會(huì)失效。此外，小尺寸硅晶體管的效率也已經(jīng)無(wú)法保證。因此目前業(yè)界一致認(rèn)為，在10nm工藝以下，半導(dǎo)體材質(zhì)將變成鍺、鎵以及其他第三和第五主族元素合金，配合現(xiàn)有的3D晶體管技術(shù)和銀導(dǎo)線技術(shù)，能夠滿足6nm制程級(jí)別的需求。目前進(jìn)入候選者范圍的還有基于石墨烯和碳納米管的碳晶體管等先進(jìn)技術(shù)……CHIP認(rèn)為，或許未來(lái)幾年，我們將見(jiàn)證摩爾定律的終結(jié)，但這并不代表半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)停滯不前。

固態(tài)硬盤(pán)取代傳統(tǒng)硬盤(pán)

在筆記本電腦平臺(tái)上，未來(lái)數(shù)年內(nèi)固態(tài)硬盤(pán)（SSD）將全面取代傳統(tǒng)硬盤(pán)。固態(tài)硬盤(pán)可以降低筆記本電腦的重量和耗電量，減小筆記本電腦的尺寸，更能夠提高筆記本電腦的性能。長(zhǎng)期以來(lái)，硬盤(pán)性能一直是電腦的瓶頸，如今這一形勢(shì)已經(jīng)完全改觀。索尼公司去年推出的VAIO Z系列筆記本電腦采用了集成化的雙主控芯片SSD RAID，磁盤(pán)持續(xù)讀取速度竟然高達(dá)1GB/s級(jí)別，徹底顛覆了輕薄本=低性能的傳統(tǒng)觀念。而如果使用傳統(tǒng)的2.5英寸硬盤(pán)來(lái)組成RAID的話，不但發(fā)熱量、體積和耗電會(huì)大幅度增加，而且更無(wú)法達(dá)到這樣的性能指標(biāo)，這正是固態(tài)硬盤(pán)的魅力所在。

存儲(chǔ)介質(zhì)成本下降

固態(tài)硬盤(pán)的存儲(chǔ)介質(zhì)是NAND閃存。作為半導(dǎo)體產(chǎn)品，它也能夠享受到制程提升帶來(lái)的紅利。此外，由于NAND閃存的結(jié)構(gòu)比處理器更簡(jiǎn)單，而且可以做成雙/三值型產(chǎn)品，因此它的發(fā)展速度已經(jīng)超越了摩爾定律。2011年，主流廠商均已宣布投產(chǎn)20nm制程的MLC型NAND閃存，20nm制程N(yùn)AND閃存的投產(chǎn)意味著單個(gè)閃存顆粒的容量可以達(dá)到128GB，這是靠層疊封裝8片128Gb的20nm工藝MLC NAND閃存芯片做到的。使用8顆閃存顆粒，可以輕松將SSD的容量提高到1TB，這是以前很難想象的。而在開(kāi)發(fā)層面，Hynix在2011年年底宣布的15nm工藝制程暫時(shí)領(lǐng)先——因?yàn)橹瞥碳o(jì)錄被打破通常都是幾個(gè)月內(nèi)的事情。

迅速進(jìn)步的制程工藝帶來(lái)的好處就是單位信息的存儲(chǔ)成本同步下降。在內(nèi)存受市場(chǎng)停滯影響表現(xiàn)低迷之時(shí)，相關(guān)廠商的產(chǎn)能越來(lái)越集中于能夠帶來(lái)利潤(rùn)的閃存行業(yè)。一年以前，用于SSD的MLC閃存顆粒的售價(jià)為1.6美元/GB，而目前的售價(jià)則已經(jīng)降低了一半多，照這樣的降價(jià)速度，用不了多久SSD的價(jià)格就會(huì)降為同容量硬盤(pán)的1/2，而這也被認(rèn)為是SSD取代傳統(tǒng)硬盤(pán)的標(biāo)志。更為可喜的是，在主控廠商的努力下，原本只能用于存儲(chǔ)卡的三值型NAND（TLC NAND）也已能夠用于SSD產(chǎn)品，這進(jìn)一步降低了存儲(chǔ)成本。

一個(gè)令人不大樂(lè)觀的分析指出未來(lái)NAND閃存成本下降的步伐可能會(huì)放緩，這主要是因?yàn)閼?yīng)對(duì)制程進(jìn)步需要投入的成本增加所致，為了制造更精細(xì)的存儲(chǔ)單元，需要應(yīng)用的EUV光刻技術(shù)、SOI技術(shù)等都會(huì)不可避免地造成成本上升，從而抵消精細(xì)化的好處。當(dāng)NAND閃存工藝接近10nm時(shí)，建造一個(gè)工廠的投資可能會(huì)超過(guò)100億美元。但對(duì)閃存有信心的分析家也大有人在，2012年的ISSCC會(huì)議上，SanDisk的創(chuàng)始人Eli Harari發(fā)布的主題演講就力挺閃存成為“2020年的存儲(chǔ)霸主”。

應(yīng)對(duì)后NAND時(shí)代

作為半導(dǎo)體產(chǎn)品，目前的浮動(dòng)?xùn)攀絅AND閃存也有著與處理器一樣的擔(dān)憂，那就是制程技術(shù)的瓶頸。隨著存儲(chǔ)單元尺寸的減小，閃存的浮動(dòng)?xùn)疟４骐姾傻哪芰σ苍絹?lái)越差，需要采用進(jìn)一步的技術(shù)手段來(lái)確保數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的速度和正確性。在Hynix報(bào)道的15nm工藝中，通過(guò)在與字線平行的方向上提高控制柵面積和浮動(dòng)?xùn)艑挾龋档土俗志€和位線之間的干擾；通過(guò)增加相鄰字線之間的絕緣空氣間隔，將正在寫(xiě)入的字線相鄰字線的電壓提高2V來(lái)減少漏電風(fēng)險(xiǎn)和提高寫(xiě)入速度。其他廠商的先進(jìn)制程產(chǎn)品也都采用了類似的技術(shù)手段，比如英特爾-鎂光使用了High-K電介質(zhì)、3D晶體管、氣隙技術(shù)等用于目前處理器的技術(shù)。根據(jù)最新發(fā)表的研究結(jié)果，通過(guò)采用SOI工藝，可以使NAND閃存的微細(xì)化工藝達(dá)到8nm級(jí)別，但NAND閃存的末日將不可避免地會(huì)來(lái)臨，目前業(yè)界的共識(shí)是在2013年后達(dá)到NAND的細(xì)微化極限，因此業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始討論后NAND時(shí)代的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。

目前看來(lái)，NAND最有希望的繼承者是三維閃存技術(shù)，它是通過(guò)將存儲(chǔ)器單元沿三維方向多段積層，從而實(shí)現(xiàn)大容量化和低成本化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難不大，而且也不必像其他非易失性存儲(chǔ)技術(shù)那樣需要大量投資，這一技術(shù)也是閃存得以取代硬盤(pán)的關(guān)鍵所在，它將把單個(gè)閃存芯片的容量推向Tb級(jí)別。CHIP將在后續(xù)欄目中詳細(xì)介紹這一技術(shù)。

主控芯片競(jìng)爭(zhēng)加劇

主控芯片是固態(tài)硬盤(pán)的大腦。不過(guò)在固態(tài)硬盤(pán)發(fā)展的早期，各廠商對(duì)主控芯片的研發(fā)明顯不夠重視，這也延緩了固態(tài)硬盤(pán)“接班”的步伐。而進(jìn)入2011年以來(lái)，隨著固態(tài)硬盤(pán)市場(chǎng)的升溫，主控芯片領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也開(kāi)始加劇，OCZ對(duì)Indilinx的收購(gòu)和LSI對(duì)SandForce的收購(gòu)也在2011年完成。此后主控芯片的競(jìng)爭(zhēng)主要仍集中在連續(xù)和隨機(jī)讀寫(xiě)性能的提高，對(duì)新工藝閃存和大容量產(chǎn)品的支持以及穩(wěn)定性的提升等方面。主控芯片需要解決的最重要的就是閃存工藝進(jìn)步、容量提升和性能提高之間的矛盾，這需要主控芯片有更快的處理速度和更優(yōu)良的壓縮算法。CHIP預(yù)計(jì)到NAND閃存達(dá)到極限的2013年，主流主控芯片的連續(xù)讀寫(xiě)能力將上升到1GB/s，隨機(jī)讀寫(xiě)達(dá)到100 000IOPS，這是在傳統(tǒng)硬盤(pán)時(shí)代想也不敢想的。同時(shí)，主流操作系統(tǒng)如Windows 8以及Mac OS XI將會(huì)更好地支持固態(tài)硬盤(pán)。在這個(gè)大浪淘沙的時(shí)代，或許有一些墨守成規(guī)的老牌廠商被淘汰出局，也有銳意進(jìn)取的新生力量加入戰(zhàn)場(chǎng)。

內(nèi)存：提速節(jié)能最關(guān)鍵

32位操作系統(tǒng)在消費(fèi)領(lǐng)域依然大行其道造成了內(nèi)存持續(xù)一年多的滯銷，而這種情況短期內(nèi)恐怕也很難改觀。內(nèi)存未來(lái)如何發(fā)展？CHIP認(rèn)為，提速和降低能耗依然是內(nèi)存的出路。

DDR4接班推遲

DDR3內(nèi)存可算是近年來(lái)少有的長(zhǎng)壽產(chǎn)品之一，由于很多人還在使用僅能利用3.2GB內(nèi)存的32位操作系統(tǒng)，因此大容量?jī)?nèi)存需求增長(zhǎng)十分緩慢。此前，JEDEC已經(jīng)確定了DDR4內(nèi)存的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，三星更是在一年多以前就試產(chǎn)了第一條DDR4內(nèi)存。DDR4內(nèi)存擁有1.6GT/s到3.2GT/s的傳輸速度，工作電壓為1.2V或更低，無(wú)論在速度還是節(jié)能方面都優(yōu)于它的前輩。不過(guò)，DDR4的“接班”還為時(shí)尚早，英特爾方面最新的消息稱，即使是將要在2013年推出的Haswell處理器也不會(huì)支持DDR4內(nèi)存，看來(lái)DDR3的壽命至少還有兩三年時(shí)間。

既然DDR4不會(huì)提前接班，那么DDR3內(nèi)存繼續(xù)提高速度并降低能耗才是王道。盡管Haswell處理器才最高支持到DDR3 1600，但內(nèi)存工藝的進(jìn)步已經(jīng)使目前不少型號(hào)的DDR3內(nèi)存達(dá)到或超越了這一規(guī)格。針對(duì)節(jié)能方面的需求，廠商還紛紛推出了低電壓版的DDR3L內(nèi)存，采用30nm工藝的內(nèi)存顆粒使其工作電壓可以降低到1.25V，這種低電壓內(nèi)存比同容量標(biāo)準(zhǔn)的1.5V DDR3內(nèi)存可節(jié)能15%~60%。

立體時(shí)代和后DRAM時(shí)代

內(nèi)存發(fā)展停滯不前的原因除了操作系統(tǒng)和軟件更新?lián)Q代緩慢外，CPU和GPU的需求不旺盛也是一個(gè)主要原因——目前內(nèi)存的帶寬已經(jīng)完全能夠滿足需要。不過(guò)隨著集成的GPU性能不斷增強(qiáng)以及固態(tài)硬盤(pán)帶來(lái)的數(shù)據(jù)存取速度的巨大提升，內(nèi)存也需要進(jìn)一步提速。目前業(yè)界一致認(rèn)為，當(dāng)DRAM的制造工藝提高到10nm級(jí)別時(shí)，便會(huì)遇到技術(shù)瓶頸，而采用硅通孔技術(shù)（Thorough Silicon Via，TSV）的立體化DRAM內(nèi)存是現(xiàn)實(shí)可行的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)可將DRAM的速度提升到現(xiàn)有產(chǎn)品的15倍左右，并大幅度削減封裝面積和耗電量。2011年年底，IBM和鎂光已經(jīng)開(kāi)始合作生產(chǎn)被稱為“混合存儲(chǔ)立方”（Hybrid Memory Cube，HMC）的TSV產(chǎn)品，預(yù)計(jì)用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)裝置、高性能計(jì)算系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)設(shè)備，未來(lái)將會(huì)擴(kuò)展到個(gè)人電腦及消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

東芝和Hynix正在合作開(kāi)發(fā)的非易失性存儲(chǔ)器——自旋轉(zhuǎn)移矩磁阻RAM（STT-MRAM）也被業(yè)界認(rèn)為是很有希望取代DRAM，完成高速的SSD與處理器之間數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)技術(shù)。由于是高速非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，因此系統(tǒng)和常用軟件都可實(shí)現(xiàn)瞬間打開(kāi)，這無(wú)疑非常有吸引力。三星等公司也在研究類似技術(shù)，并收購(gòu)了擁有大量STT-MRAM專利的Grandis公司。當(dāng)然，這一技術(shù)還會(huì)面臨其他高速非易失存儲(chǔ)技術(shù)，如ReRAM等的挑戰(zhàn)，但目前看來(lái)STT-MRAM暫時(shí)領(lǐng)先。

超高速連接引領(lǐng)潮流

各類形形色色的接口是筆記本電腦輕薄化的大敵，設(shè)計(jì)師們經(jīng)常絞盡腦汁地安排各類接口的位置。因?yàn)榻涌谖恢貌粌H影響到外在的美觀和易用性，還和主板布線以及模塊安排等息息相關(guān)。未來(lái)的筆記本電腦可以通過(guò)超高速接口的集約化來(lái)解決這些煩惱。當(dāng)然，還有下一代高速無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，讓我們的筆記本電腦更加如虎添翼。

超高速接口淘汰傳統(tǒng)接口

超輕薄設(shè)計(jì)的MacBook Air簡(jiǎn)約的接口幾乎給每個(gè)人留下深刻印象，特別是首次投入應(yīng)用的Thunderbolt接口。Thunderbolt的前身是被命名為“Light Peak”的硅光子學(xué)傳輸技術(shù)。

英特爾基于這一技術(shù)開(kāi)發(fā)的Thunderbolt超高速接口通過(guò)轉(zhuǎn)換線纜，可以轉(zhuǎn)化出HDMI、VGA、LAN等多種筆記本電腦的常用接口。Thunderbolt接口的最大傳輸速度可以達(dá)到10Gb/s，可以采用銅纜和光纖兩種傳輸介質(zhì)。采用銅纜時(shí)，能夠供給外部設(shè)備10W功率的電力，足夠一臺(tái)刻錄機(jī)使用；采用光纖時(shí)可以達(dá)到100m左右的傳輸距離。通過(guò)菊花鏈還可連接6臺(tái)其他設(shè)備。蘋(píng)果公司在Thunderbolt的應(yīng)用方面反應(yīng)最為積極，目前除了在蘋(píng)果電腦平臺(tái)上全面采用Thunderbolt接口外，還推出了帶有Thunderbolt接口的一系列外設(shè)如顯示器和移動(dòng)硬盤(pán)等，其他公司也推出了磁盤(pán)陣列等產(chǎn)品。其他廠商也會(huì)在2012年跟進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，目前已有大量采用Thunderbolt接口的Ultrabook和主板以及外設(shè)產(chǎn)品在各類展會(huì)上展出。

需要指出的是，Thunderbolt接口具有靈活的外部接口形式，可以“寄生”在各類高速接口之上，比如蘋(píng)果的Thunderbolt接口就寄生于MiniDisplayport接口中。更為常見(jiàn)的USB 3.0接口也很受歡迎，因?yàn)樗占埃瑯右惨?guī)定了光纖傳輸協(xié)議。索尼VAIO Z系列筆記本電腦就采用了搭載Thunderbolt的USB3.0接口，它也是第一種實(shí)現(xiàn)光纖傳輸?shù)腖ight Peak產(chǎn)品，這一接口主要用于連接帶有獨(dú)立顯示卡和藍(lán)光光驅(qū)的擴(kuò)展塢，當(dāng)然也可以連接任何具有同樣USB3.0形式的Thunderbolt接口設(shè)備。Thunderbolt技術(shù)的未來(lái)發(fā)展是兼容PCI-E 3.0協(xié)議，這可使Thunderbolt的傳輸速度提高到5GT/s的級(jí)別。此外，與USB 3.0的進(jìn)一步整合也會(huì)使它更受歡迎，盡管很多評(píng)論家將Thunderbolt和USB 3.0視為相互競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，但現(xiàn)在看起來(lái)，它們更具有互補(bǔ)性。未來(lái)的筆記本電腦或許只需要一樣外部接口，就是這種整合了Thunderbolt接口的USB X.0接口。

下一代Wi-Fi 802.11ac+ad

盡管具備450Mb/s傳輸能力的新802.11n無(wú)線路由器才剛剛開(kāi)始走向普及，但誰(shuí)也不敢說(shuō)它就夠用——用戶對(duì)于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨髮?shí)在太旺盛了。所幸我們還有下一代無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)可以期待。在1月份的前沿技術(shù)欄目中，CHIP剛剛為讀者介紹了這兩種下一代的無(wú)線互聯(lián)技術(shù)。802.11ac采用5GHz頻段進(jìn)行通訊，能夠達(dá)到433Mb/s~6.8Gb/s的驚人速度，用于筆記本電腦平臺(tái)的無(wú)線網(wǎng)卡大約能達(dá)到1Gb/s的速度級(jí)別。802.11ad則使用了60GHz的毫米波，傳輸速度達(dá)到5Gb/s~7Gb/s。此外，802.11ad在架構(gòu)方面考慮了能夠與現(xiàn)有的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)兼容的可能性，同時(shí)802.11ad定義的協(xié)議適配層能夠允許Wi-Fi和HDMI、DisplayPort、PCI-E、USB等“有線”標(biāo)準(zhǔn)界面在802.11ad芯片的MAC層和物理層直接執(zhí)行，這也為個(gè)人電腦高速接口的無(wú)線化提供了不錯(cuò)的平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，Wilocity/高通創(chuàng)銳訊已經(jīng)推出了2.4GHz/5GHz/60GHz三頻合一的半高無(wú)線網(wǎng)卡樣品。在不久的將來(lái)，筆記本電腦的無(wú)線通訊速度就可提高到Gb/s的級(jí)別。

電腦大變樣

很顯然，科技的進(jìn)步將使筆記本電腦發(fā)生大幅度的改變，Ultrabook和Macbook Air就是未來(lái)筆記本電腦最好的樣板。高速的處理器、固態(tài)硬盤(pán)和數(shù)據(jù)傳輸形式將使得輕薄的筆記本電腦擁有超卓的性能。當(dāng)然，我們也絕不能忽視ARM和超低能耗型x86處理器平臺(tái)。盡管廉價(jià)“上網(wǎng)本”的熱度已經(jīng)退潮，但結(jié)合了廉價(jià)高速固態(tài)硬盤(pán)和擁有大量應(yīng)用的Android/iOS操作系統(tǒng)之后，它們將在低價(jià)型筆記本電腦領(lǐng)域中卷土重來(lái)也未可知——當(dāng)然，這樣的筆記本電腦可不是“上網(wǎng)本”能夠比擬的。

架構(gòu)升級(jí)

英特爾已經(jīng)開(kāi)始使用32nm甚至22nm技術(shù)來(lái)生產(chǎn)處理器，而且應(yīng)用于手機(jī)的Atom處理器已經(jīng)出現(xiàn)，其在性能和功耗方面的表現(xiàn)與ARM處理器已經(jīng)十分接近。

聲音

預(yù)計(jì)2013年首批測(cè)試用450mm晶圓可制成，相應(yīng)的芯片生產(chǎn)設(shè)備方面則會(huì)在2013年到位。英特爾預(yù)計(jì)2015年其首條450mm產(chǎn)線將可開(kāi)始試產(chǎn)。英特爾在亞利桑納州興建的Fab14工廠車間的大小、高度以及建筑承重能力等方面都已符合生產(chǎn)新產(chǎn)品的需求，因此兼容450mm晶圓沒(méi)有問(wèn)題。

Leonard Hobbs

英特爾愛(ài)爾蘭分公司的研發(fā)高管

新工藝新材料

制程繼續(xù)發(fā)展要求新工藝和新材料要應(yīng)用到產(chǎn)品生產(chǎn)中，EUV光刻、450mm（18英寸）大尺寸晶圓技術(shù)、3D晶體管，基于石墨烯和碳納米管的碳晶體管都是未來(lái)的發(fā)展方向。

EUV光刻

該技術(shù)采用13.5nm波長(zhǎng)的短波紫外光，在實(shí)際應(yīng)用中，可以達(dá)到10nm~12nm工藝級(jí)別，這需要應(yīng)用各類超解像技術(shù)，在制程發(fā)展到14nm之后可能還需要采用新的技術(shù)。

碳晶體管

基于石墨烯和碳納米管的碳晶體管可能成為目前硅晶體管的替代品，由IBM研發(fā)的碳納米晶體管，據(jù)稱能將硅技術(shù)的三極管速度翻兩番。

閃存與內(nèi)存

采用新制程的MLC NAND能夠大幅提升閃存的容量，并降低成本。而新的結(jié)構(gòu)才是閃存與內(nèi)存發(fā)展的新未來(lái)。

新工藝

采用20nm工藝制造的8GB容量MLC NAND核心的面積為118mm2，可以看到采用25nm和34nm的產(chǎn)品要比它大很多。

三維NAND

三維結(jié)構(gòu)的NAND是SSD容量提升的主要發(fā)展方向，而不同廠商在設(shè)計(jì)三維NAND時(shí)會(huì)采用不同的思路。

立方體

IBM和鎂光已經(jīng)生產(chǎn)的被稱為“混合存儲(chǔ)立方”（Hybrid Memory Cube，HMC）的TSV產(chǎn)品。