觸摸IT發展的脈搏（下）

馬文方

在支撐計算的半導體器件中，無疑是處理器和圖形處理器對性能貢獻最大，但我們也不應忽視存儲器的貢獻，而在移動應用特別是在物聯網應用中，射頻、無線等器件則起著獨特的作用。

林林總總的內存

在與計算密切相關的半導體器件中，存儲器應該是品種最多的。從物聯網和可穿戴設備到移動計算，再到高性能計算，高密度、高帶寬和低功耗成為所有計算類型的共性需求。

對于嵌入式的高速應用而言，SRAM依舊是不二的選擇，無論是從物聯網、移動還是高性能服務器。由于存儲器內部架構單一，因此在工藝上往往領先于處理器。本次年會上，三星發表了采用10nm鰭式場效應晶體管工藝的128Mb SRAM，它的存儲單元只有0.04平方微米，在所有SRAM中是最小的。

而DRAM以其高密度、幾何尺寸和帶寬上特性，保持著最佳緩存選擇的地位。引領DRAM發展的韓國公司，在HBM（高帶寬顯存）領域，三星電子在本次會議上介紹的是基于20nm工藝的HBM接口技術，其帶寬高達307GB/s，而海力士介紹的是帶寬高達256GB/s的8通道64GB HBM接口技術。這兩家廠商的第二代HBM產品都采用了堆疊式的立體封裝方式，即根據應用對存儲密度需求的不同，將2～8個存儲管芯疊放在一個封裝中。ISSCC會議結束還不到半個月，三星宣布量產全球首款采用第二代接口HBM接口的4GB DRAM，這也是全球最快的DRAM，它將用于高性能計算、圖像處理、服務器等領域。

在非易失存儲器方面，盡管未來縮小平面存儲單元尺寸很困難，但新平面NAND閃存技術已達到14nm，從而在130平方毫米的面積上實現了128Gb的容量。

而今年，得益于3D NAND（立體封裝NAND）技術的進步，NAND閃存將一改過去四五年間在128Gb上徘徊不前的局面，兩種不同的立體封裝工藝將使得NAND在容量上大幅度提高到256Gb和768Gb。前者采用封裝工藝是將堆疊層數從32層擴展到48層，后者是基于浮柵技術。NAND閃存在容量和功耗上的進步，進一步降低了使用固態硬盤（SSD）替代傳統的機械硬盤的成本，240GB的固態硬盤將成為市場的主流。

得益于過去十年在替代浮柵晶體管工藝上的大量投資，一些新的技術正在浮現之中，比如說，相變存儲器（PRAM）、鐵電存儲器（FeRAM）、磁自旋轉移存儲器（STT-MRAM）和憶阻器存儲器（ReRAM），這些新技術顯示更高的擦寫次數和更低的功耗。

在這些令人眼花繚亂的存儲器中，ReRAM無疑是最具革命性的。這個源自美國加州大學伯克利分校教授蔡少棠1971年的構想，在2008年被惠普研究人員證實。由于憶阻器具有優異特性，近年來成為研究的熱門。惠普去年表示，基于憶阻器技術，可以將數據中心“塞”進冰箱內。

射頻與無線成為熱點

就計算而言，傳統的計算領域，無論是企業級系統還是個人系統，一直被處理器、存儲器等數字技術所壟斷。但是隨著智能手機對傳統計算領域的沖擊，特別是未來信息物理系統（CPS）擁有的極為廣闊的市場空間，諸如射頻、無線、傳感等技術在計算解決方案中所扮演的角色，也變得日益重要。

今年，射頻帶寬從低于1GHz到1THz的技術已經成熟。

這一創新同時體現在電路和系統兩個層面。在毫米波和THz系統方面的進步，體現在壓控振蕩器、頻率合成器、射頻收發器模塊等器件在更高的性能、更低的功耗和更寬的帶寬上。德國伍伯塔爾大學演示的采用0.13微米硅鍺工藝的0.55THz全集成近場傳感器，分辨率提高到波長的1/71，信噪比達到了20分貝。而在射頻產生技術上，美國俄勒岡州立大學展示了首個采用鎖相環（PLL）的0.5THz～28GHz硅頻率合成器，它將被用于5G移動通信。美國德州大學介紹了采用65nmCMOS工藝的1.4THz倍頻鏈。

在無線領域，伴隨著大數據通信向無線收發器提出了新的要求，諸如具有時空頻譜濾波的數字波束成形等。而在物聯網應用上，更低的功耗和高集成系統解決方案正在包括健康、可穿戴設備等的多個領域內嶄露頭角。美國密歇根大學報告了放置在14號注射器針頭內的近場射頻系統，在1mmx1mmx10mm的體積內還集成了天線。美國PsiKick公司介紹了只有236nW的低功耗藍牙喚醒式接收器。索尼公司介紹了功耗僅為1.5～2.3mW的全球定位系統接收器。

模擬技術日益重要

如果數字技術主導了信息的存儲和處理，能量管理領域則是由模擬技術主導。當今，伴隨著經濟可持續發展的要求，對能量有效的控制、存儲和分配已經成為全球范圍的挑戰，這也突顯了模擬電路技術研究的重要。比如說，在從手機到植入式醫療設備等應用中，

提高無線充電性能意味著將會更有效地將能量傳輸到更遠的距離。當然，上述能源管理更多涉及的是功率電子學，而本次會議的一個關注焦點是，應用于物聯網器件的亞毫瓦功耗水平的模擬電路。

由于大數據普及，特別是信息物理系統的浮現，模擬技術已經成為搭建數字化的信息空間和模擬的物理空間的橋梁。

而且，模擬技術往往成為物聯網乃至信息物理系統解決方案的瓶頸，而模擬技術的設計關系到解決方案的性能、效率和可靠性。

但是，與數字技術領域在過去40多年中，在摩爾定律的指引下極大地降低了尺寸、成本和功耗有所不同，模擬技術的進展相對遲緩。如今，在模擬技術的發展上存在著兩種方向：一種是直接跳躍到最新的數字芯片制造技術上，另一種則強調模擬技術與數字技術的集成。