處理器技術推動者易位 車用SoC最先進

在今年度的國際固態電路會議(ISSCC 2016)上，有兩款車用系統單晶片(SoC)成為數位處理器議程中最有趣、最大膽創新的晶片技術展示;它們比分別由聯發科(MediaTek)與AMD所發表的最新智慧型手機與PC處理器內含更多核心、采用更激進的制程技術。

那兩款車用晶片是瑞薩(Renesas)設計、采用16nm FinFET制程，其中之一是符合ISO26262標準、內含8顆ARM v8核心、2顆ARM R7核心以及3顆Imagination繪圖處理(GPU)核心的車用安全晶片;另一款則是針對車用資通訊娛樂系統與駕駛輔助系統應用的視訊處理器晶片，采用了6種不同類型的17顆視訊處理器。

“在過去，技術推動者是智慧型手機應用處理器，但情況已經改變了;”參與設計上述視訊SoC的瑞薩資深工程師Seiji Mochizuki在接受訪問時表示，有鑒于車用資通訊娛樂系統以及駕駛附注系統的需求：“車用SoC將會需要比智慧型手機處理器高得多的性能，未來的車用處理器必須以最先進的技術來開發。”

負責車用安全SoC開發的另一位瑞薩工程師Chikafumi Takahashi補充指出：“這是來自市場的需求，因為我們需要處理大量資料。

瑞薩開發的車用安全處理器采用16nm制程技術

ISSCC的常客、微處理器分析師David Kanter同意以上觀點，他指出汽車的功率限制并不像手機那么多，而且對晶片的需求快速成長，特別是下一個十年將問世的自動駕駛車輛：“手機市場發展趨緩，意味著人人都在找下一個大商機;而顯然資料中心領域已經是英特爾(Intel)的天下，但汽車領域還有很多能像是Nvidia等廠商取得差異化的機會。”

Kanter指出，汽車也是一個能在單晶片中整合、虛擬化許多功能的成熟應用環境，可利用如瑞薩所展示、在安全關鍵功能進行個別設計的方法。瑞薩的車用視訊處理器現在已經開始提供樣品，不過安全晶片則仍在進行評估。

配備12通道的瑞薩處理器進行高解析度視訊解碼僅耗電197mW

聯發科智慧型手機應用處理器內含10核心

車用處理器還沒有完全把手機處理器比下去，目前市面上其實只有少數晶片是采用14/16nm FinFET制程;主要是蘋果(Apple)、三星(Samsung)智慧型手機的應用處理器，還有高通(Qualcomm)的Snapdragon 晶片。

聯發科在ISSCC發表的最新智慧型手機處理器也不落人后，整合了8顆Cortex-A53、2顆A57核心，以及GPU、數據機與多媒體子系統。該款晶片采用20nm制程，將處理器核心分成三個叢集;中階的2GHz A53核心叢集占據獨特的地位，提供比低階的1.4G A53核心叢集高40%的性能，以及比高階2.5 GHz A72核心叢集低40%的耗電。

聯發科技術副總Uming Ko表示，因為晶片尺寸小，在手機處理器內可以整合多少顆核心并沒有限制：“如果你在超低功耗與高性能之間畫一條直線，沿著它還有足夠的性能點可以讓你繼續找到添加夠多核心的效益。”

聯發科以20nm制程生產的應用處理器已經開始出貨

AMD的工程師則展示了讓其PC 處理器Carrizo性能提升15%的聰明方法──僅透過簡單地提供更積極的電源管理技術到該28nm制程設計中。該Bristol Ridge平臺設計，是利用電源管理方案來克服與發熱、電壓、電流息息有關的性能限制。

16nm設計挑戰

另外我還詢問瑞薩工程師有關于16nm節點的設計經驗，采用該制程的處理器設計需要克服多重圖形(multi-patterning)與FinFET的挑戰，晶片架構在某種程度上需要有所改變;不過他們有其他的看法。

Takahashi表示：“16nm節點有許多考驗與困難…功號是一個問題，有時候可靠度也是問題;”他指出，16nm晶片的記憶體單元非常小，而且記憶體線(memory lines)很短、因此更容易遭遇軟體錯誤。”

而Takahasi也表示，晶圓代工廠會提供16nm互連，但缺乏對先進功能的支援，像是瑞薩在自家晶片上互連內建的服務品質(quality-of- service controls)控制。為了簡化16nm設計與驗證工作，需要采用更高階的設計語言例如System C。

此外Mochizuki 則指出，16nm晶片使用相對較高頻率的時脈，很難維持低功耗;他表示，16nm節點：“與前幾世代的制程比較起來彈性較少…為了降低功耗，我們可能需要改變設計模式。”