材料、結(jié)構(gòu)、芯片、系統(tǒng)——全方位研究尋求高功效
設(shè)計(jì)高功效電子設(shè)備將需要改變從后CMOS電路到智能建網(wǎng)各個(gè)級(jí)別的架構(gòu)，一些演講者在加州大學(xué)伯克利分校主辦的伯克利高功效電子系統(tǒng)研討會(huì)上指出。
在美國(guó)，年耗電量總額估計(jì)約為3,700萬(wàn)億度，其中電子設(shè)備年消耗量約為290萬(wàn)億度，建筑每年消耗約2,700萬(wàn)億度，Lawrence Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員Bruce Nordman透露。
Nordman呼吁工程師們基于通用標(biāo)準(zhǔn)為智能型聯(lián)網(wǎng)建筑創(chuàng)建一種本質(zhì)上全新的架構(gòu)以便控制耗電量。
Nordman指出，目前的一些建筑控制設(shè)備(如可編程自動(dòng)調(diào)溫器)，由于使用專利技術(shù)且使用不便，實(shí)際上會(huì)增加能量浪費(fèi)?！斑@些產(chǎn)品應(yīng)具有通用性，因?yàn)椴荒芑ゲ僮鞯南到y(tǒng)越多，浪費(fèi)的能量也越多。”他說(shuō)。
行業(yè)也需對(duì)住宅功率控制給予更大關(guān)注，家庭耗電量約占建筑內(nèi)耗電總量的57%，而商業(yè)機(jī)構(gòu)耗電量約占商業(yè)建筑內(nèi)耗電量的30%，他補(bǔ)充道。
在系統(tǒng)級(jí)，Norman正在尋找使PC和機(jī)頂盒可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中存儲(chǔ)其狀態(tài)信息的方式，以便使這些設(shè)備在睡眠模式仍可對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊做出響應(yīng)?！斑@可以把系統(tǒng)功耗降低50%，非常值得為之付出努力。”他說(shuō)。
在許多情況下，與減少正常工作功耗或把系統(tǒng)關(guān)閉相比，保持系統(tǒng)盡可能長(zhǎng)地處在睡眠狀態(tài)可以節(jié)省更多的能量。“‘關(guān)閉’是20世紀(jì)的思想，”他說(shuō)，“把電路和網(wǎng)絡(luò)從睡眠模式轉(zhuǎn)到關(guān)閉狀態(tài)節(jié)省的能量不多，但從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入睡眠模式卻可以節(jié)省極大的能量?！?/FONT>
在芯片級(jí)，“到了該超越CMOS考慮新的量子躍變的時(shí)候了”，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目局(Darpa)項(xiàng)目總監(jiān)Michael Fritze說(shuō)。
Fritze詳細(xì)介紹了多個(gè)使用炭納米管等材料和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)來(lái)創(chuàng)建功耗比目前的CMOS器件更低的存儲(chǔ)芯片的Darpa項(xiàng)目。
例如，一些研究人員(如伯克利的Chenming Hu)在開發(fā)波段到波段隧道晶體管，同CMOS電路相比，其工作功率有望降低25倍，待機(jī)功率有望降低100倍。
“這是一類新的物理理論，它利用隧道來(lái)獲取更陡(功率上升)的斜率。”Fritze介紹，“這難度極大，但值得嘗試?！?/FONT>
另一個(gè)Darpa項(xiàng)目是使用所謂的旋轉(zhuǎn)力矩技術(shù)來(lái)創(chuàng)建一種具有DRAM和SRAM的容量和響應(yīng)速度的非易失性存儲(chǔ)器。
在Darpa內(nèi)部，這只是非易失性存儲(chǔ)器項(xiàng)目(至少有2個(gè))中的一個(gè)?！拔覀冋l(shuí)也無(wú)法預(yù)測(cè)哪個(gè)架構(gòu)最有潛力；還有許多項(xiàng)目正在考慮中。”Fritze說(shuō)。
幾家新創(chuàng)公司正在開發(fā)閃存的高功效替代物，其中一些可能會(huì)先于Darpa進(jìn)入市場(chǎng)，KPCB風(fēng)險(xiǎn)投資公司風(fēng)險(xiǎn)投資家、Sun微電子公司的創(chuàng)始人Bill Joy在做主題演講時(shí)表示。
在一次視頻采訪中，Joy指出盡管風(fēng)險(xiǎn)資金投資緊縮，但一些新創(chuàng)公司仍獲得了研究各種清潔技術(shù)的資金。
資金和技術(shù)壓力是影響高能效電子能否取得下一次大躍進(jìn)的重要因素。英特爾公司研究人員George Bourianoff介紹了這家CPU巨頭通過(guò)目前使用的高k/金屬門45納米工藝把電路泄漏降低了5倍的方法。
“想要繼續(xù)降低泄露電流會(huì)很困難?！彼f(shuō)?！拔覀?cè)谒蓄I(lǐng)域都在穩(wěn)步地向前推進(jìn)，但不能無(wú)限期地這樣發(fā)展，所以我們?cè)趯ふ倚碌牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)?！?/FONT>
Bourianoff回顧了在旋轉(zhuǎn)電子學(xué)和相變器件領(lǐng)域的一些最新進(jìn)展。隨著芯片制造商推進(jìn)到CMOS之外，可能在4年內(nèi)就會(huì)需要這些技術(shù)，他說(shuō)。
“人們開始坐立不安，感受到壓力?！彼f(shuō)，“好消息是，可選材料已縮小到石墨烯等幾種。”
這次伯克利研討會(huì)是Citris研究中心主辦的，會(huì)議聚集了約1,000位研究者。該中心最近搬到位于伯克利的新邸，該中心將把一個(gè)納米制造實(shí)驗(yàn)室設(shè)在那里。
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