讓我們暫時拋開「摩爾定律」(Moore’s Law)和微處理器!今年的國際固態電路會議(International Solid-State Circuits Conference;ISSCC)就是屬於資料的世代,並由熱門的機器學習、高速網路以及先進記憶體技術稱王。

三星(Samsung)和英特爾(Intel)將詳細介紹5G/LTE多模晶片。針對NAND快閃記憶體(Flash),東芝(Toshiba)將介紹一款1.33-Tbit晶片,威騰電子(Western Digital;WD)則將討論128層的記憶體晶片。至於DRAM,海力士(SK Hynix)和三星將報告其於DDR5和LPDDR5的最新進展。此外,三星還將為發表專為智慧型手機打造的深度學習加速器。

今年的ISSCC並沒有看到關於5-nm SRAM或測試晶片的相關論文,但會中將針對幾款7-nm網路晶片進行討論。此外,另一個與往年的不同之處在於,今年也沒有關於旗艦級CPU的研究論文。

不過,ISSCC負責微處理器議程的單位指出,「我們認為這並不會是一種持續存在的趨勢,而只是在產品週期方面反映產業所處的位置。」

為此,ISSCC今年邀請到IBM工程師介紹Summit和Sierra超級電腦——目前世界上功能最強大的系統。處理器議程中還有一篇有趣的論文介紹一款機器人控制器,它使用英特爾22-nm製程(用於挑戰FD-SOI),在80-365MHz的頻率範圍內支援37~238mW的功耗。

Facebook的人工智慧研究總監Yann LeCun將在開幕時發表主題演講。卷積神經網路(CNN)之父則描述通向無人監督學習的未來道路,屆時機器學習就像人們從環境中學習一樣地自然。

AI和5G也是此次ISSCC專業課程和多場講座的重要主題。

ISSCC NN Performance and efficiency 在ISSCC 2019發表的CNN/DNN深度學習處理器效率和吞吐量相較於2018年技術之最新進展(來源:ISSCC)

三星用於深度學習的行動加速器採用8-nm製程,能以0.5V提供高達11.5TOPS的運算效能,尺寸約為5.5mm2。ISSCC主辦單位指出,這款加速器在其雙核心設計中包含了1,024個乘法累加單元,比之前的先進技術提升了十倍的性能。

東芝將介紹用於自動駕駛車的16奈米SoC,可在94.52mm2的晶片中提供20.5TOPS效能,其中整合了10個處理器、4個DSP和8個加速器。它可執行符合ASIL-B標準的影像辨識以及符合ASIL-D的控制步驟。

在一場有關記憶體內運算(AI加速器的重要途徑)的會議上,國立清華大學(National Tsing Hua University)將詳細介紹一款採用電阻式RAM、以二進制模式提供53.17TOPS/W效能的晶片,它還能支援14.6ns的運作延遲。

三星、英特爾較勁5G收發器

在高速網路發展方面,三星和英特爾將競相發表能夠因應5G和LTE蜂巢式網路需求的收發器。

三星將詳細介紹一款14-nm、38.4mm2的晶片,支援2G、3G、LTE以及獨立(SA)和非獨立(NSA)模式的5G晶片。它使用14個接收和2個發送路徑,以提供高達3.15Gbits/s的下行速率和1.27Gbits/s的上行速率。

此外,三星還將展示適用於sub-6-GHz 5G網路的電源調變器,支援100MHz頻寬以用於封包追蹤,並提供88%的效率。它還將詳細介紹用於5G毫米波(mmWave)收發器的電源管理IC,該收發器支援90ns/V和110ns/V的上行和下行追蹤功能。

這些晶片是三星Exynos Modem 5100數據機的一部份,這款同時支援sub-6-GHz和mmWave網路的5G晶片組,將在ISSCC展示活動時亮相。結合這些晶片來看,這家韓國巨擘打算在5G市場領先高通。

除了三星以外,英特爾將會推出一款28奈米的4G/5G收發器,以零中頻(zero-IF)實現sub-6-GHz頻段,並以mmWave頻段支援10.56-GHz IF。它還支援用於MIMO的M-PHY Gear 3介面以及帶載波聚合(CA)的高達800MHz頻寬。它同時也是英特爾本月稍早宣佈的5G晶片組的一部分。

有線網路也在加速衝刺。華為(Huawei)、eSilicon、聯發科(Mediatek)和IBM將展示通常使用PAM-4調變以提供高達128Gbits/s數據速率的7-nm元件。就在幾年前,PAM4還是一個引發工程師針對是否商用可行而在現場激烈爭辯的主題。

ISSCC NVRAM bandwidth 主辦單位比較了非揮發性記憶體的讀/寫頻寬發展趨勢(來源:ISSCC)

為了滿足資料世代對於儲存的渴望,東芝將推出採用96層設計的1.33-Tb、每單元4位元(bit/cell)的QLC 3D NAND晶片,支援8.5Gbits/mm2的封裝密度。

其競爭對手Western Digital將詳細介紹使用128層堆疊的512-Gbit、3-bit/cell晶片。它將控制電路設計在記憶體陣列之下,提供132MBytes/s的寫入傳輸效能。

三星將展示512Gbit的3-bit/cell晶片,可提供1.2 Gbits/s的傳輸速率,同時減少了字線和位元線的設置時間,以提高讀寫效能。

針對嵌入式記憶體,英特爾將展示其22nm FinFET節點在ReRAM和MRAM的進展。主辦單位表示,10.1Mb/mm2 ReRAM巨集是下一代MCU的備選技術,因為它具有相對較低的成本和更高速度。還有一款7Mbit STT-MRAM元件則採用寫入-驗證-寫入(write-verify-write)機制以及偏移消除感測功能。

DRAM、雷達和醫療植入物最新進展

針對DRAM技術,今年的ISSCC活動中將安排幾場關於下一代裝置的首發技術會談。

三星將推出10-nm LPDDR5晶片。相較於LPDDR4X,新的LPDDR5採用動態電壓頻率調整技術和深度睡眠模式,分別將讀取和寫入功耗降低了21%和33%。這些記憶體預計將可應用於5G設計、先進駕駛輔助系統(ADAS)、高解析度(HD)顯示器和行動裝置。

海力士則將介紹可提供6.4Gbits/s/pin的16-Gbit DDR5 SDRAM。相較於其上一代的DDR4,DDR5 SDRAM的能效大幅提高30%以上。

ISSCC的涵蓋面一如往常地廣泛,提交的論文範圍從類比和功率元件到醫療植入物,以及量子電腦等裝置。

針對自動駕駛車雷達,聯發科將發表一種適於16×25毫米(mm)封裝的79GHz收發器。新創公司Uhnder將詳細介紹採用28-nm製程製造的77/79-GHz MIMO雷達SoC,可支援6-cm距離、1°角以及0.099-km/h的都卜勒(Doppler)解析度。英特爾還將介紹採用22奈米製程製造的71~76GHz 64元素相控陣列收發器。

由全球四所大學聯手的研究團隊將展示一種毫米級超音波ASIC,可插入於人類心臟,即時追蹤其結構,主要用於引導「心房中隔缺損」(ASD)閉合器進行特殊的治療。

主辦單位還邀請Sony工程師帶來該公司最近重新推出的Aibo智慧機器狗。Google聯手兩所大學的研究人員共同設計了一款控制超導量子位元的28奈米晶片,使用了可在超冷溫度下運作的4~8GHz訊號模式。

編譯:Susan Hong

(參考原文: AI, 5G, Big Memories Define ISSCC ,by Rick Merritt)