Gene Frantz(中文名:方进)是德州仪器(TI) DSP业务发展经理、负责利用DSP技术在TI内部开创新的业务的,他还拥有一个很特别的头衔──首席战略科学家。
Gene曾在TI开发商大会(TI Developer Conference, TIDC)上表示,“摩尔定律”指出了半导体在一个芯片上可以做到的晶体管数目,以及逻辑门的速度,差不多是18个月可以增加一倍;但是,这大部分是从“时钟性能”的观点来看。然而,若换个角度从“性能发展”来看,近10年背离摩尔定律的现象日益增多,特别是在功耗IC这方面,情况已大不相同。所幸,工艺的进步,让我们得以有更多元的晶体管工艺来降低功耗。
此外,好的开发平台和环境,可使集成电路设计复杂度更高,尽可能使裸片线度变小;因此在45nm芯片上可以有10层的电路,可将很多的信号和单元集成起来。近5年来,半导体技术与集成电路内部都变得非常复杂。好消息是,可以通过继续增加晶体管数目的方式来提高性能,尽管这个性能可能不像预期那么高;可以预见的是,未来10年芯片上的晶体管数目还会继续增加。除了性能,现在应该更关注的是功耗方面。
虽然摩尔定律从对晶体管成长速度的预言,推导出半导体器件效能演进的发展道路,对整个半导体过去40年的发展起着重要的指导作用;但摩尔定律在芯片功耗的问题上交了白卷,却是不争的事实。因此,另一个从功耗的角度来分析半导体器件发展的“Gene定律”在近年来不断地被提起。它不像摩尔定律那样只侧重于一个芯片的性能,而是从功耗角度分析。对DSP来说,有一个很重要的单位,就是MMAC和功率之间的比较。
每隔10年DSP性能、规模、工艺、价格的变化
年代 1980 1990 2000 2010
速度(MIPS) 5 40 5000 50000
RAM(B) 256 2K 32K 1M
规模(gate) 50K 500K 5M 50M
工艺(微米) 3 0.8 0.1 0.02
价格(美元) 150.00 15.00 5.00 0.15
对数字信号处理器来说很重要的一个就是乘加,乘加的能力是他们一个衡量标准,仅次于MMX(每秒一个指令集,该单位也通用于CPU)。但是对于数字信号处理器DSP来说,因为它内部有一个特殊的运算结构──乘加,那么它实现乘加所需要的功耗数目,就应该是百万级的乘加需要的功率,这是它衡量的一个标准。可以看到,从第一个DSP推出,基本上都是呈数量级在下降,所以这就是Gene功耗定律的一个核心。运算能力和功耗之比,随着年份增加而递减,这在这些年内得到很好的证明。
Gene Frantz表示,DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段:第一阶段,DSP意味着数字信号处理,并作为一个新的理论体系广为流行;随着这个时代的成熟,DSP进入了发展的第二阶段,在这个阶段,DSP代表数字信号处理器,这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化;接下来又催生了第三阶段,这是一个赋能(enablement)的时期,我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。