摩尔定律终结时，芯片开发工程师要具备什么能力

　　在于美国德克萨斯州奥斯汀举行的第50届设计自动化大会（DAC 2013）上，本届新设了名为“SKY（Short Key notes）Talk”的6场30分钟短暂主题演讲。笔者聆听了其中的一场，题目为“What a chip designer needs at the end of Moore’s Law”。

　　演讲者为美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）的Robert Colwell（图1）。想必各位读者也知道，DARPA因主导过互联网及GPS开发项目而为人所知。目前作为美国研究人员的研究资助者而闻名。DARPA是相当于日本的JST（独立行政法人科学技术振兴机构）或NEDO（独立行政法人新能源与产业技术综合开发机构）的研究基金管理机构。

　　Colwell预测称，2020年之前摩尔定律仍然有效，性能出色且价格低廉的IC会很快出现。但是，摩尔定律会在2020年到2030年之间被打破。尽管IC能够高速运行，但尺寸会增大，而且会产生高热量，成本也会提高（图2）。

　　众所周知，摩尔定律是指硅制IC的集成度在18到24个月内翻倍的经验法则。通过采用新设计方法降低成本、提高速度、容易设计并可产生利润的IC，从这种观点来说，技术的进步同样遵循摩尔定律。

　　目前，摩尔定律仍然有效，集成的晶体管数量不断增加。但1974年发布的、晶体管工作速度不断提高同时功耗不断降低的Donnard定律（美国IBM的DRAM开发者R.H.Dennard提出）已不再适用。也就是说，因热量和功耗问题，芯片的频率已不能再提高了。

　　开发人员有不少事情可做

　　Colwell表示，有些技术可以改善这种情况，今后有望开发出来。具体而言，包括（1）GPU等特定运算处理器；（2）硬件的异质并行化；（3）硬件和软件发生故障后的恢复能力；（4）有效的冷却方法；（5）算法、工具、模拟方法与仿真；（6）降低成本和缩短TAT（time to market）。为了开发出这些技术，DARPA已开始投资研发概率性设计方法、三维纵置IC、异质材料的使用及冷却技术等（图3）。

　　

　　图2：摩尔定律一直在顺利延续，但终究会被打破 DARPA的幻灯片。

　　

　　图3：目前DARPA投资的研发项目示例　DARPA的幻灯片。

　　在演讲的最后，Colwell介绍了7nm节点IC时代芯片开发人员应该选择的道路。这一时代的开发人员不应在系统层面上固步自封于RTL、电路、硅、热量、成本、性能、耐久性及软件等单项知识，而需要具备多方面的知识，拥有能够综合考虑这些方面的实力。而且，Colwell在结束演讲时还强调，不同开发人员、不同时间以及不同项目之间的交流也必不可少。