触摸IT发展的脉搏（下）

马文方

在支撑计算的半导体器件中，无疑是处理器和图形处理器对性能贡献最大，但我们也不应忽视存储器的贡献，而在移动应用特别是在物联网应用中，射频、无线等器件则起着独特的作用。

林林总总的内存

在与计算密切相关的半导体器件中，存储器应该是品种最多的。从物联网和可穿戴设备到移动计算，再到高性能计算，高密度、高带宽和低功耗成为所有计算类型的共性需求。

对于嵌入式的高速应用而言，SRAM依旧是不二的选择，无论是从物联网、移动还是高性能服务器。由于存储器内部架构单一，因此在工艺上往往领先于处理器。本次年会上，三星发表了采用10nm鳍式场效应晶体管工艺的128Mb SRAM，它的存储单元只有0.04平方微米，在所有SRAM中是最小的。

而DRAM以其高密度、几何尺寸和带宽上特性，保持着最佳缓存选择的地位。引领DRAM发展的韩国公司，在HBM（高带宽显存）领域，三星电子在本次会议上介绍的是基于20nm工艺的HBM接口技术，其带宽高达307GB/s，而海力士介绍的是带宽高达256GB/s的8通道64GB HBM接口技术。这两家厂商的第二代HBM产品都采用了堆叠式的立体封装方式，即根据应用对存储密度需求的不同，将2～8个存储管芯叠放在一个封装中。ISSCC会议结束还不到半个月，三星宣布量产全球首款采用第二代接口HBM接口的4GB DRAM，这也是全球最快的DRAM，它将用于高性能计算、图像处理、服务器等领域。

在非易失存储器方面，尽管未来缩小平面存储单元尺寸很困难，但新平面NAND闪存技术已达到14nm，从而在130平方毫米的面积上实现了128Gb的容量。

而今年，得益于3D NAND（立体封装NAND）技术的进步，NAND闪存将一改过去四五年间在128Gb上徘徊不前的局面，两种不同的立体封装工艺将使得NAND在容量上大幅度提高到256Gb和768Gb。前者采用封装工艺是将堆叠层数从32层扩展到48层，后者是基于浮栅技术。NAND闪存在容量和功耗上的进步，进一步降低了使用固态硬盘（SSD）替代传统的机械硬盘的成本，240GB的固态硬盘将成为市场的主流。

得益于过去十年在替代浮栅晶体管工艺上的大量投资，一些新的技术正在浮现之中，比如说，相变存储器（PRAM）、铁电存储器（FeRAM）、磁自旋转移存储器（STT-MRAM）和忆阻器存储器（ReRAM），这些新技术显示更高的擦写次数和更低的功耗。

在这些令人眼花缭乱的存储器中，ReRAM无疑是最具革命性的。这个源自美国加州大学伯克利分校教授蔡少棠1971年的构想，在2008年被惠普研究人员证实。由于忆阻器具有优异特性，近年来成为研究的热门。惠普去年表示，基于忆阻器技术，可以将数据中心“塞”进冰箱内。

射频与无线成为热点

就计算而言，传统的计算领域，无论是企业级系统还是个人系统，一直被处理器、存储器等数字技术所垄断。但是随着智能手机对传统计算领域的冲击，特别是未来信息物理系统（CPS）拥有的极为广阔的市场空间，诸如射频、无线、传感等技术在计算解决方案中所扮演的角色，也变得日益重要。

今年，射频带宽从低于1GHz到1THz的技术已经成熟。

这一创新同时体现在电路和系统两个层面。在毫米波和THz系统方面的进步，体现在压控振荡器、频率合成器、射频收发器模块等器件在更高的性能、更低的功耗和更宽的带宽上。德国伍伯塔尔大学演示的采用0.13微米硅锗工艺的0.55THz全集成近场传感器，分辨率提高到波长的1/71，信噪比达到了20分贝。而在射频产生技术上，美国俄勒冈州立大学展示了首个采用锁相环（PLL）的0.5THz～28GHz硅频率合成器，它将被用于5G移动通信。美国德州大学介绍了采用65nmCMOS工艺的1.4THz倍频链。

在无线领域，伴随着大数据通信向无线收发器提出了新的要求，诸如具有时空频谱滤波的数字波束成形等。而在物联网应用上，更低的功耗和高集成系统解决方案正在包括健康、可穿戴设备等的多个领域内崭露头角。美国密歇根大学报告了放置在14号注射器针头内的近场射频系统，在1mmx1mmx10mm的体积内还集成了天线。美国PsiKick公司介绍了只有236nW的低功耗蓝牙唤醒式接收器。索尼公司介绍了功耗仅为1.5～2.3mW的全球定位系统接收器。

模拟技术日益重要

如果数字技术主导了信息的存储和处理，能量管理领域则是由模拟技术主导。当今，伴随着经济可持续发展的要求，对能量有效的控制、存储和分配已经成为全球范围的挑战，这也突显了模拟电路技术研究的重要。比如说，在从手机到植入式医疗设备等应用中，

提高无线充电性能意味着将会更有效地将能量传输到更远的距离。当然，上述能源管理更多涉及的是功率电子学，而本次会议的一个关注焦点是，应用于物联网器件的亚毫瓦功耗水平的模拟电路。

由于大数据普及，特别是信息物理系统的浮现，模拟技术已经成为搭建数字化的信息空间和模拟的物理空间的桥梁。

而且，模拟技术往往成为物联网乃至信息物理系统解决方案的瓶颈，而模拟技术的设计关系到解决方案的性能、效率和可靠性。

但是，与数字技术领域在过去40多年中，在摩尔定律的指引下极大地降低了尺寸、成本和功耗有所不同，模拟技术的进展相对迟缓。如今，在模拟技术的发展上存在着两种方向：一种是直接跳跃到最新的数字芯片制造技术上，另一种则强调模拟技术与数字技术的集成。