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2016年第3期(发布时间: Apr 18, 2016 发布者:腾飞)  下载: 2016年第3期.doc       全选  导出
1   2016-04-18 17:28:58.347 重回摩尔定律两大武器 EUV+三五族 成大势所趋 (点击量:11)

英特尔在14奈米及10奈米制程推进出现延迟,已影响到处理器推出时程,也让业界及市场质疑:摩尔定律是否已达极限?不过,英特尔仍积极寻求在7奈米时代重回摩尔定律的方法,其中两大武器,分别是被视为重大微影技术世代交替的极紫外光(EUV),以及开始采用包括砷化铟镓(InGaAs)及磷化铟(InP)等三五族半导体材料。 摩尔定律能否持续走下去,主要关键在于微影技术难度愈来愈高。目前包括英特尔、台积电、三星等大厂,主要采用多重曝光(multi-patterning)的浸润式微影(immersion lithography)技术,但当制程技术走到10奈米世代时,高密度的逻辑IC需要进行至少4次的曝光制程,制造成本自然大幅拉高。

为了解决微影曝光制程的成本问题,半导体大厂近几年已着手进行EUV微影技术的研发,近一年来,EUV技术虽然有明显突破,但在量产上仍未达到该有的经济规模。不过,根据EUV设备大厂艾司摩尔(ASML)的说明,今年若能将每日曝光晶圆产能提高到超过1,500片,将有助于业界开始采用EUV技术。

英特尔已规划在7奈米制程开始采用EUV技术,若是可以达到量产经济规模,则英特尔可望在7奈米世代重新回到摩尔定律的循环。至于台积电部份,已计画在7奈米开始进行试产,若一切顺利,将可在5奈米世代开始导入EUV技术。不论英特尔或台积电,EUV量产的时间点约落在2020年左右。

半导体材料也是延续摩尔定律的重要改变。英特尔已开始试着采用包括砷化铟镓(InGaAs)及磷化铟(InP)等三五族半导体材料,希望能够在7奈米之后进行材料上的改变,只要能重回摩尔定律的循环,英特尔的处理器发展策略就可回到二年循环的轨道。

台积电16奈米开始采用鳍式场效电晶体(FinFET)制程,而10奈米及7奈米世将延续采用FinFET技术,而到5奈米之后,也已计划更改半导体材料。据了解,台积电很有可能会在5奈米世代采用InGaAs的三五族半导体材料,来维持摩尔定律的有效性。

2   2016-04-18 17:29:59.497 大唐电信明确“集成电路+”战略 布局十三五 (点击量:2)

国家“十三五”规划成为今年两会的热议话题。在“十三五”规划纲中坚持发展是第一要务,贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念,以提高发展质量和效益为中心,以供给侧结构性改革为主线,扩大有效供给,满足有效需求,加快形成引领经济发展新常态的体制机制和发展方式。“十三五”规划的发展理念具有前瞻性,对于信息产业来说更是如此。“创新”意味着科技创新、体制创新、大众创业、万众创新;“协调”表示结构转型和协调发展;“绿色”是指低碳和可持续发展;“开放”是一带一路等走出去;“共享”则是以“互联网+”为代表的分享经济。

目前ICT产业发展进入新的时期,新的业态及产业热点正在逐步形成;相关设备的智能化、联网化将会造就新的产业形态及新的蓝海市场。

作为国有信息通信领域高科技骨干企业,大唐电信紧紧抓住 “互联网+”、“中国制造2025”、“大众创业 万众创新”及《国家集成电路产业发展推进纲要》的战略机遇和政策机遇,制定了公司“十三五”发展规划:双轮驱动,做实做强,围绕“集成电路、应用及系统解决方案”的产业链布局,面向移动互联网、车联网、智能制造、物联网领域,为人员(P)、车辆(V)、机器(M)、万物(T)建立智慧可信连接提供自主可控、安全可靠的集成电路、应用及解决方案。深化改革,创新发展,实现公司跨越式、可持续、协调发展。

对于大唐电信的十三五规划,可以用四个关键词来描述,那就是创新、转型、协调、开放。

创新

本次国家“十三五”规划,将创新放在了突出地位,明确了创新驱动发展战略。创新不仅是一个国家发展的重要推力,更是企业蓬勃壮大的持久动力。

身为国家高科技领域骨干企业,大唐电信深知创新驱动企业发展的重要性。不仅在技术产品方面坚持自主创新,同时也积极开展体制机制创新,营造有利企业发展的创新氛围。

多年来,大唐电信承担了863计划、01/02/03专项、集成电路设计专项等多项国家级重大科研项目,拥有无线通信知识产权、算法、安全、协议栈、软件平台、集成应用、产品设计和一站式解决方案等技术与产业优势。

大唐电信多项核心专利技术,先后荣获世界知识产权组织和国家知识产权局颁发的专利金奖,国家科学技术进步奖一等奖和二等奖。

作为具有自主知识产权的信息产业骨干企业,大唐电信高度重视自主创新,遵循“技术专利化、专利标准化、标准产业化、产业市场化、市场国际化”的技术创新指导思想,融入“绿色科技”的先进理念,建立了先进的创新管理体系,积极推动集成电路设计、终端设计、软件研发等核心技术及产业化创新实践,以核心技术为依托,提升相关行业信息化水平,带动国家战略新兴产业的共同发展。

在创新、做实产业市场的同时,大唐电信还稳步实施供给侧改革,推进体制机制创新,积极营造有利企业发展的创新氛围。2015年,大唐电信实施国企改革,开展混合所有制改革试点工作,在市场竞争充分且创新型产业实施股权多元化,引入市场化和创新基因,推动相关产业的持续发展,为公司长远发展奠定良好基础。十三五期间,公司将围绕供给侧,继续稳步实施国企改革,着力开展体制机制创新,积极探索国企混合所有制,加强党建,推进人才中长期激励机制以及战略绩效管理体系,为企业跨越式发展营造创新氛围。

转型

当前,国家经济转型升级、ICT产业发展与竞争核心要素变化等因素对企业发展提出更高要求。大唐电信的发展方式和产业布局也跟随国家产业的升级而转型。“十三五”期间,大唐电信继续在“稳增长、调结构、聚资源、提效益、控风险”经营方针的基础上,推进公司由规模向效益增长转型,由数量向质量提升转型,由短期业绩向持续发展转型。

产业布局上,大唐电信将以“集成电路+”为核心的创新发展战略,积极推进产业结构转型升级。十三五期间,大唐电信在传统“芯-端-云”产业链布局的基础上,将进一步聚焦ICT产业上游核心领域,以集成电路设计为核心竞争力,通过“集成电路+应用+解决方案”的产业升级,服务我国信息安全以及“互联网+中国制造”国家战略。

目前,移动互联网、车联网、智能制造和物联网成为ICT产业发展的重点领域。而大唐电信也是有备而来,在聚焦主业为核心基础上,积极推进产业结构转型升级,为人员(P)、车辆(V)、机器(M)、万物(T)建立智慧可信联接提供芯片、应用及系统解决方案。

协同

互联网时代是开放共享、万物互联的时代,而连接离不开彼此的协同。从全球来看,半导体芯片及相关领域持续的技术进步推动了现代信息通信产业的持续高速发展。同时,集成电路与应用系统及解决方案的合璧配合,已成为ICT产业发展趋势和核心。

我国信息产业虽经过近二十年的发展,取得了令人瞩目的成就,但就整体ICT产业来说,单点技术创新,还未给系统产业突破带来质的变化。产业间的良性协同发展还未真正形成。

大唐电信深刻认识到ICT产业发展的核心在于集成电路,而集成电路的发展,又依赖其与应用和系统解决方案产业的协同配合。为此,大唐电信在公司“十三五”规划中,明确提出集成电路与应用及系统解决方案的协同配合发展,即“以集成电路设计为核心竞争力,聚焦移动互联网、车联网、智能制造、物联网领域,为人员、车辆、机器、万物建立智慧可信连接提供自主可控、安全可靠的集成电路、应用及解决方案”的协同发展方向。

在产业协同发展的同时,大唐电信还将通过双轮驱动为引擎,协同产业经营和资本经营,打造“集成电路、应用、系统解决方案”的发展布局。通过产业经营和资本经营的协同,实现聚焦主业、凝聚资源、盘活资产。

此外,大唐电信在体制机制方面的改革创新,也将与公司发展方式的转变相协同,形成合力,促进战略目标的达成。

开放

当前,跨界、融合与泛生态化成为以“互联网+”为代表的ICT产业发展的关键点,同时也成为未来企业竞争的核心要素。

集成电路产业具有先导性、战略性地位,相关产业的发展是国家发展的利益诉求,亟需实现跨越式发展。

面对ICT产业发展趋势,大唐电信以开放共建产业生态的发展思路面对产业未来,提出构建“集成电路+”的产业生态圈的开放式发展方式。一方面,依托自身集成电路产业布局,打通集成电路设计与制造产业关键环节,并与应用及系统解决方案形成协同发展的格局。另一方面,公司还针对当前集成电路产业分工合作、资金密集、结盟研发等发展趋势,通过集成电路产业园的建设,培育和孵化中小微集成电路设计企业,营造开放式产业生态圈,服务国家双创战略和集成电路产业发展。

在积极营造“集成电路+”产业生态的同时,大唐电信还通过构建移动互联网、车联网、智能制造、物联网等应用领域开放产业生态圈,扩大产业竞争力,带动“集成电路、应用与系统解决方案”的协同发展。

结语

总之,“十三五”期间,大唐电信将以“创新 转型 协同 开放”的发展理念,通过“提质增效”做实产业,通过“腾笼换鸟”做强主业,基本实现“做实做强”的战略目标,成为全球领先的集成电路、应用及解决方案提供商,构建万物智慧可信连接产业生态圈。

3   2016-04-18 17:30:27.953 汇集天时、地利、人和 打造中国存储器中“芯” (点击量:4)

3月28日,总投资240亿美元(约1600亿元人民币)的国家存储器基地项目,在武汉东湖高新区奠基启动。这是湖北省建国以来最大单体投资高科技产业项目。省委书记李鸿忠宣布项目启动。未来几年,武汉光谷东,将随着千亿项目的注入,崛起一座庞大的芯片之城。240亿美元将投向何处?它将给武汉光谷、给湖北、给中国带来怎样的产业焕变? 2018年量产 240亿美元投向四大方面武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民:

总投资240亿美元的国家集成电路产业项目,预计2018年量产,2020年实现月产能30万片。240亿美元将主要用于4个方面:

一是研发,包括工艺研发、芯片研发和系统研发。

二是项目基建,国家集成电路产业基地分三期建设,3月28日启动的为一期,2018年量产后,同步启动二期、三期建设。至2020年前,一、二、三期全部建成。

三是仪器投入。

四是构建全产业链,把“一棵树”变成“一片林”。

当产能达到30万片时,该基地员工将达1.7万人。除了以武汉新芯为核心的存储器本厂,还将在左岭规划3万人的住宅区,带来大量就业与上下游的配套。

围绕国家集成电路产业基地,至少将吸引几百家配套厂商入驻,包括主控芯片公司、模组公司、封装公司、测试公司等,全产业链打造。

2020年弯道超车 17亿颗芯片点亮湖北

目前,世界存储器主要使用DRAM(关机后丢失数据)和NAND(关机后保留数据)两种技术,绝大部分应用于个人电脑、服务器和智能手机。

关于存储器产品路径选择,到底是倾向于发展目前市场主流的内存DRAM产品,还是代表未来发展趋势的3D NAND产品,此前一直存在争论。

最终,湖北决定保持和国际存储器大厂同样的路线:3D NAND。

武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民:

发展3D NAND立体堆叠存储技术的原因是由于在生产工艺的物理极限上,2D闪存已经无法继续突破。

智能手机、电脑、云计算的广泛应用,都需要大量存储。相比之下,2D闪存就像是停车场,而3D NAND则是立体停车场。新技术也比2D闪存性能更强,功耗更低,可靠性更高,将逐步取代后者。

去年5月,武汉新芯3D NAND项目研发取得突破性进展,第一个具有9层结构的存储测试芯片,通过存储器功能的电学验证。

2020年,国家集成电路基地30万片月产能中,约20万片为3D NAND存储器,10万片为DRAM存储器。一个12寸的硅片上有700颗芯片,20万片3D NAND意味着该基地2020年一年将制造出17亿颗芯片。

这将是湖北集成电路弯道超车的重要机会,从市场分析看,2014年全球NAND存储器有298亿美元市场,DRAM达430亿美元,中国市场巨大,但芯片和存储器长期依赖进口,自占率非常少。

当该基地3D NAND月产量达到30万片时,将占全球市场的11%至13%;届时中国NAND的市场,可能达到世界的一半。

跻身国家战略 打造中国存储器中芯

国家存储器项目位于东湖高新区光谷智能制造产业园,建设内容包括芯片制造、产业链配套等,计划5年投资240亿美元,到2020年实现月产能30万片,2030年实现月产能100万片。

存储器是信息系统的基础核心芯片。该存储器基地项目以芯片制造环节为突破口,集存储器产品设计、技术研发、晶圆生产与测试、销售于一体,将为我国打破主流存储器领域空白,实现产业和经济跨越发展提供重要支撑。

2006年,省、武汉市和东湖高新区共投资100亿元,在光谷建设武汉新芯12英寸晶圆制造项目。目前,武汉新芯已成为我国唯一以存储器为主的集成电路制造企业。规模达500亿元的湖北集成电路产业专属投资基金也已成立。

国家存储器基地项目建成后,将带动湖北省设计、封装、制造、应用等芯片产业相关环节的发展,集合以天马、华星光电为代表的显示产业,以及华为、联想、富士康为代表的智能终端产业,共同打造万亿级的“芯片-显示-智能终端”全产业链。

2014年,国家颁布实施《国家集成电路产业发展推进纲要(2015-2025)》,并成立国家集成电路产业领导小组和国家集成电路产业投资基金。2015年,发展存储器上升为国家战略。

武汉新芯CEO杨士宁博士:

尽管我们的存储器产业还处在起步阶段,但面临非常难得的历史机遇。去年,全球存储器市场总额达835亿美元,约占全球集成电路市场份额的25%,年均增长率约10%。

物联网和智能化时代的到来,使存储器变得愈发重要,大数据、云计算乃至人们生活点点滴滴的保存,都离不开存储器。在IC产业总产值中,存储器占1/3以上。

我国是全球最大的集成电路进口国,仅2014年进口额就高达2176.2亿美元,集成电路也是我国进口额最大的产品,其中存储器占进口额的24.9%。

存储器关系国家信息安全,但核心技术却被少数国际巨头垄断。中国要想在集成电路产业快速突破并打造“中国芯”,发展存储器产业是破题点,也是必由之路。

武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民:

随着项目落地,目前湖北集成电路产业投入,在各省之中是最大的,这将引发虹吸效应,拉动人才、配套和上下游的集聚,将湖北打造成为中国存储器的中心。

回顾:十年投入百亿 不改初“芯”

集成电路产业是信息技术产业的核心,被称为“工业粮食”和“生死攸关的工业”。

在过去相当长一段时期,我国的芯片和存储器都大量依赖进口,缺“芯”少“屏”。

3月28日,在国家集成电路项目启动现场,一位全程参与该项目落地的负责人感慨:苦追3年,奋斗10年,这颗“芯”总算落地了。

作为国家级光电子产业基地,光谷早在2000年初就开始筹划发展集成电路相关产业。2006年武汉新芯诞生,这是中部地区第一条12英寸集成电路生产线项目。此前,新芯只是中芯国际旗下的一座托管工厂,没有自己的技术体系。

2013年,中芯国际退出运营,武汉新芯开始自主研发,组建团队自己干,由美国归来的杨士宁博士出任首席执行官,建立了自己的技术话语权。

过去10年,湖北省、武汉市和东湖高新区累计投入100多亿元,用于武汉新芯发展集成电路产业。尽管新芯这几年并没挣到钱,但是一直在坚持。在这个过程中,2015年年初还提前布局3D NAND存储器的研发,与三星等世界巨头是同步的。当时国家战略还未明确,武汉新芯就开始干了,由于这个基础,这个千亿项目才有可能放在武汉。

2014年,北京、上海、武汉、深圳被初步框定为4个国家集成电路基地城市。其中,北京、上海主导逻辑芯片,涵盖设计、制造、封装、测试;武汉以存储器为主,主要涵盖设计和制造;深圳是华为、中兴的所在地,有市场需求,将主要发展设计、封装和测试。

除了武汉,北京、合肥、厦门等城市,也曾角逐过国家集成电路项目,武汉凭借10年前的布局,最终胜出。

期待:未来固态硬盘只有邮票大小

3月28日,在“2016武汉国际储存器高峰论坛”上,湖北新生的世界级存储器基地,让海内外嘉宾充满期待。

美国斯坦福大学电气工程系教授黄汉森:

未来的固态硬盘可能只有一枚邮票大小。目前,3D NAND存储器也是美国科技攻关的主要方向。

随着3D NAND技术推广应用,固态硬盘将有望全面取代普通机械硬盘。目前,已有厂家把固态硬盘存储容量拓展到120GB,而尺寸仅略大于一个U盘。此外,还有科研团队把2000个存储单元连接到一个晶体管,制成了1TB(等于1024GB)存储容量的固态硬盘,为闪存设备轻量化、小型化创造了可能。

普通机械硬盘用的是磁碟,需要马达驱动旋转,而固态硬盘相当于一个大U盘,读取效率和稳定性大幅优于普通硬盘。

台湾交通大学电机工程学系教授白田理一郎:

现在,业界试图提高芯片功能和集成度以降低成本,中国有望在‘超越摩尔’领域赶上甚至超越世界先进水平。

专家:“弯道超车”考验政企执行力

中科院微电子研究所所长叶甜春:

中国集成电路应该走自主创新的发展道路。中国集成电路产业从引进仿制到以市场换技术,通过大范围的国际并购与整合后,中国的集成电路产业和技术都达到了一个新高度,现在是实现创新发展、弯道超车的大好时机。

武汉国家存储器基地项目启动,汇集了天时、地利、人和。“天时”是我国每年进口的芯片中有四分之一是存储芯片,产业需求存在巨大缺口;“地利”是随着国家重大专项和集成电路产业推进纲要的协同实施,经济结构转型的大背景;“人和”是武汉雄厚的科教人才优势。

清华大学微电子研究所所长魏少军:

关键是考验政府和企业的执行力。存储微电子学科研究,最大的特点就是“难”。中国存储器研究经历了四代人的努力,但始终没有形成自主品牌。

4   2016-04-18 00:07:40.017 电子印刷:什么是热门?什么不是? (点击量:1)

三个领域主导了亿美元规模的企业——OLED显示器、传感器、导电油墨。

从许多不同的角度来看,电子印刷行业正在增长商业发展势头。大型电子制造服务(EMS)的公司,如Jabil和Flex,除了扩大生产之外,还与合作伙伴投资技术发展。他们已经有许多战略冒险投资,如ARM和三星公司的投资。最重要的是,更多的产品进入市场,从成套的设备,如温度传感创可贴和婴儿呼吸背心,到使用一部分电子印刷装置的公司,从一些用于OLED显示器阻隔膜的喷墨印刷聚合物到超过十亿印刷量的RFID标签天线。

模具电子(IME)是电子印刷领域新兴的一个热点。有了这种方法,功能层和电子层首先被印刷在二维平板。然后将薄片热力塑型或注塑成型到三维模型中。在一般情况下,该方法往往最适合应用在高容量复杂的电路中。因此,使用在汽车和家电行业的机械开关是主要的初始目标。关键的好处是可以开发薄的和优雅的集成电子设备。

5   2016-04-15 20:49:31.66 衣服里的电脑?可穿戴电子产品的一个里程碑 (点击量:0)

致力于开发可穿戴电子产品的研究人员们已经达到了一个新的里程碑:他们能够将电路嵌入到0.1毫米精度的织物中,而这个精度是传感器、计算机存储设备等电子元器件集成到衣物里的完美尺寸。

有了这一进展,俄亥俄州立大学的研究人员们已经采取了下一步的行动,即设计功能性纺织品——能够收集、存储或发送数字信息的衣服。随着研究的深入,这项技术可能会生产出能为你的智能手机或平板电脑扮演天线的衬衫,能监控你的健康水平的运动衣,能监控运动员表现的运动设备,能告诉医生你的皮下组织愈合程度的绷带——或者甚至是能够感知大脑活动的柔韧织帽。

6   2016-04-10 14:52:06.943 多语种电路:NIST的“光学机械传感器”链接声、光、无线电波 (点击量:1)

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员已经开发出在光、声和无线电波之间转换信号的“压电光机械电路”。基于这种设计的系统,可以在下一代计算机中移动和储存信息。这个团队的工作报告发表在2016年3月的《Nature Photonics》,也曾在美国马里兰州的巴尔的摩物理学会会议上提出。

一个在NIST的纳米科学与技术中心的物理学家Srinivasan说:“为了以最佳的方式执行不同的任务,未来的信息处理系统可能需要包含其他的信息载体,如光子和声子。这项工作提出了一个在不同运营商之间转换信息的平台。”

7   2016-04-15 20:15:50.1 工程师研制出第一代完全由纳米晶体油墨构成的晶体管 (点击量:1)

晶体管是电子产品最基本的构建块,用于构建能够放大电子信号或者使它们在数字计算中心转换于0和1之间的电路。但是,晶体管的制造是一个非常复杂的过程,需要高温和高真空设备。

现在,宾夕法尼亚大学的工程师们展示出一种新的方法来制造这些设备:在液体纳米晶体油墨中依次沉积成分。

Kagan的小组开发出了一个晶体管组成库,包含了四种纳米晶体油墨:导体(银)、绝缘体(氧化铝)、半导体(硒化镉),以及导体的掺杂物(银和铟的混合物)。

卡根说:“这些材料就像喷墨打印机中的墨水一样,但是你可以从类似的散装材料中得到你想要或期望的所有特性,比如它们可以是导体、半导体或绝缘体。

8   2016-04-16 21:11:57.173 Synopsys公司的Galaxy设计平台为三星代式的14LPP FinFET工艺认证 (点击量:0)

Synopsys公司今天宣布,三星代工已经为三星的14LPP FinFET工艺认证为Synopsys Galaxy™。这个工艺可以提供高性能的计算密集型设计和低功耗的移动应用。有了多功能的投片,包括许多批量生产的设计,基于Galaxy 的14LPP流采用了Synopsys PrimeTime®里先进波形传播(AWP)的流程,能够保证多千兆赫(GHz)在波形敏感的超低电压中运行的性能。该认证还制作了一个兼容天猫设计系统的参考流程,包括自动化和设计最佳实践的脚本。

三星代工的资深销售和营销副总裁Ben Suh说:“我们的14LPP工艺的认证和参考使得三星和Synopsys公司之间的紧密合作成为可能。设计工程师们可以自信地把他们的设计移植到我们先进的使用硅验证的Galaxy设计平台流的基于FinFET工艺的批量生产中去。”

9   2016-04-07 11:58:38.207 研究人员使用DNA单分子制造世界上最小的二极管 (点击量:1)

乔治亚大学和以色列本古里安大学的研究人员首次展示了纳米电子元件可以由单个DNA分子颗粒组成。他们发表在《自然化学》杂志上的研究展示了在寻找替代硅晶片上一种有前景的方法。

这项研究的首席作者Bingqian Xu表示这一发现可能最终让电子设备更小、更强大、更高级。作为佐治亚大学工程学院的副教授兼化学物理教授,他说:“50年来,虽然我们已经能够把越来越多的计算能力放置到越来越小的芯片中,但我们现在把硅推向了物理极限,如果硅芯片变得太小,性能将变得不稳定和不可预测的。”

于是他把目光投向DNA,并找到了一个解决这个挑战的方法。他说DNA的可预测性、多样性和可编程性,使它成为使用单分子设计功能电子设备的首选。

在论文中,本古里安大学的Bingqian Xu及合作者描述了如何使用单个DNA分子创造世界上最小的二极管。他们分离出一种专门设计的单双链DNA的11个碱基对,把它连接到电子电路后的尺寸只有几个纳米。

Bingqian Xu 还说:“我们的发现可能会使纳米电子元件在设计和施工上至少小于当前组件的1000倍。”

10   2016-04-18 17:29:37.457 IBM公开神经型态芯片 着眼类人脑电脑计划 (点击量:1)

IBM在4月初于美国加州举行的年度国际物理设计研讨会(International Symposium on Physical Design 2016,ISPD)公布了其根据人脑结构所设计的神经型态混合讯号晶片TrueNorth现况,包括其晶片架构、评估板阵列、参考设计系统以及软体生态系统。在ISPD期间,IBM畅谈该公司的类人脑电脑计划,期望该公司将成为家喻户晓的品牌,支援包括超智慧物联网(IoT)到超智慧车辆、摄影机、无人机、医疗装置,以及当然还有超智慧超级电脑等等应用。

IBM的低功耗神经型态电路设计师(Low-Power Neuromorphic Circuit Designer) Filipp Akopyan 在一篇题为“IBM TrueNorth 设计与工具流程:一颗内含百万神经元的超低功耗可编程神经型态晶片(An Ultra-Low Power Programmable Neurosynaptic Chip with 1-Million Neurons)”中,介绍了该公司的相关软硬体与支援生态系统。

Akopyan表示,IBM的TrueNorth晶片目标是网路边缘(Edge-of-the-Net)以及巨量资料(Big Data)解决方案,支援以超低功耗元件处理大量即时资料──该内含54亿个电晶体的神经型态晶片,耗电量仅700毫瓦(milliWatts)。

“今日我们正用行动装置制造大量资料,必须由云端电脑来处理,但TrueNorth 可配置在网路边缘,让资料流馈入并进行处理,被传送到云端的只有重要项目以及摘要;”Akopyan 指出:“但运算资源却正往错误的高功率方向发展,它们最好要被降低到生物性水准。”

IBM以神经型态核心(neuromorphic core)──也就是一批与树突(dendrites,输入端)与轴突(axons,输出端)连结的神经元──为起点,任何一个神经元都能传送讯息──称为棘波(spike)──到其他任何一个神经元做为1或是0 (电压脉冲或棘波)。

晶片上的神经元能传送/接受来自任何其他晶片神经元的讯息──这是更佳的通讯方法,因为稀疏的本地通讯不只像是大脑里所进行的那样,而且可达到最低的讯号延迟。任何神经元也能传送讯息到晶片外,甚至电路板外的神经元,但延迟会较高。

TrueNorth能实现70毫瓦功耗的关键是采用异步逻辑(asynchronous logic),整个晶片除非是某特定神经元正被开启应用于与其他神经元通讯期间,其功率消耗为零。在结构上,其内含的54亿电晶体如果采用同步架构,可能会消耗50~100瓦,但异步架构使其功耗降到最低。为了实现在结构上的任何神经元相互连结,晶片上有一个巨大的纵横栓开关(crossbar switch)。

独特的晶片设计工具

IBM采用来自众多EDA供应商的工具来设计TrueNorth晶片,包括Cadence、Synopsys以及Spice,但也不得不自己开发EDA工具来支援部分同步、部分异步架构的共同设计。由IBM自行开发的工具命名为CoSim,顾名思义,该工具能让晶片的不同部分,在不同工具上同步进行共同模拟。

“我们使用不同的模拟器来设计TrueNorth晶片的不同部分,”Akopyan表示:“我们的CoSim工具能提供混合式的工具流程,以支援TrueNorth的客制化共同模拟。”而IBM的开发成果,是一个由64×64、共4,096个神经型态核心组成的中央阵列,每个核心有256个神经元以及64k记忆体突触;整个晶片有2.56亿突触、54亿个电晶体、功耗仅70毫瓦。

此外那些神经型态核心能无限制组合,让未来的神经型态记忆体能扩展成更大的晶片;目前IBM的TrueNorth晶片采用Samsung的28奈米低功耗制程。为向潜在客户(从物联网设备制造商到军用无人机、超级电脑制造商)展示TrueNorth晶片的功能,IBM打造了单晶片单电路板,也有内含16片、48片电路板的机箱,以及内含16颗TrueNorth的单片电路板。

未来IBM还计画打造配备64、256、1,024、4,096颗TrueNorth晶片的电路板,最后一种的功能可达到人脑能力的1%。IBM并有一个针对TrueNorth的软体开发与应用城市开发生态系统,更多资讯可连结TrueNorth的官方网站;点击以下原文连结也可看到更多IBM在ISPD的简报图片。