低功耗需求驅動科技進展,ARM與台灣重量級半導體業者台積電 ( TSMC )及聯發科 (MediaTek)等業者,攜手共進新藍海。
全球矽智財供應大廠ARM(安謀國際科技)第10屆台灣年度技術論壇日前落幕,微軟更首次大動作站台推廣ARM架構版本Windows RT,為ARM進軍電腦市場壯大聲勢。ARM為更擴大智慧電視、伺服器銷售版圖,俾使進軍雲端及物聯網市場,目前正積極與台灣半導體大廠協力開發先進製程及晶片技術。
ARM台灣區總經理呂鴻祥表示,ARM台灣年度技術論壇台北場次超過千人參與,新竹場次亦有超過七百餘名業界人士共襄盛舉。ARM台灣年度技術論壇今年以電子裝置的低功耗需求勾勒智慧生活藍圖為議題主軸,除ARM的技術專家外,更邀請台積電、聯發科發表專題演講。
呂鴻祥表示,現代人生活周遭早已充斥各式智慧型電子產品,在能源消耗及電子產品電池壽命議題倍受重視之際,就連充電裝置都需符合低功耗需求。因此對晶片設計業者而言,如何在晶片設計製造生態圈內與合作夥伴如晶圓代工業者、處理器供應商、電子設計自動化工具廠商緊密合作設計低功耗晶片,當是現今業內最大挑戰。因此,ARM不僅與晶圓代工業者合作開發先進製程,亦不遺餘力與IC設計業者一同面對低功耗設計挑戰。
高效節能晶片已成顯學
過去五年可攜式電子產品對半導體、面板、處理器、資料處理帶來極大影響,智慧型手機、平板電腦的中央處理器運算速度越來越快,更如同以往桌上型電腦、筆記型電腦進展般具備多核心處理器的智慧型手機也日益普及。全球數億以上的可攜式通訊產品更帶來15倍以上驚人的數據資料成長,並帶動各式應用程式及雲端產業如雨後春筍般迅速崛起。
行動通訊產品每年皆以爆發性速度成長,ARM多媒體處理器部門總經理Pete Huntton表示,行動通訊產品幾以代替電腦成為與世界相連的裝置。從2012年倫敦奧運期間全球就有近五成的人透過智慧型手機觀看運動賽事,到每年企業採用平板電腦的成長率為五成皆可證明。
根據經濟合作發展組織(OECD)等多個世界性組織預估,未來30年全球人口將成長30%,但在未來13年內將有18個國家將面對水資源短缺的困境。可預見的是,包括行動通訊產品、通訊基礎建設、伺服器等對於電源效率將更重視。ARM處理器部門應用處理器產品總監Nandan Nayampally表示,日前推出的ARMv8架構Cortex-A50處理器系列—Cortex-A53、Cortex-A57,以及最新節能64位元處理技術,有助於ARM合作夥伴開發出的系統單晶片達成高效節能,得以滿足橫跨智慧型手機到高效能伺服器等不同類型的市場需求。
除了Cortex-A50處理器系列外,Mali-T600系列繪圖處理器的處理器優化套件(Processor Optimization Pack, POP)IP解決方案,則是針對基於台積電28奈米移動高性能(HPM)製程技術的Mali-T600系列繪圖處理器進行優化,相較未使用POP IP技術的繪圖處理器,此POP IP解決方案可協助繪圖處理器提高27%的頻率,節省24%的矽晶片面積,同時降低19%的功耗。
Nayampally表示,全球各大晶片供應商都已競逐28奈米以下製程戰場,ARM也已與全球各大晶圓代工業者包括台積電、格羅方德、三星等密切合作開發20奈米以下先進製程技術。
台積電與ARM協同開發先進製程共創雙贏
身為ARM的先進製程合作夥伴,台積電研展副總經理暨技術長孫元成此次應邀發表演說,分享台積電2x奈米製程以下製程藍圖佈局。台積電20奈米系統單晶片解決方案預計今年第4季即可試產,而明年第3季則預計試產16奈米FinFET (鰭式場效電晶體),相對於20奈米製程技術更能降低功耗、更低壓並提升晶片效能。10奈米FinFET製程則需等到2015年底才能推出,5奈米以下台積電則是選擇研發奈米線場效電晶體(nanowireFET)。
目前幾家半導體技術領先公司都在開發獨有架構的FinFET,FinFET也被視為1x奈米世代最可能實踐的解決方案。孫元成表示,台積電研發FinFET架構超過10年,在FinFET的架構中,閘極形成類似魚鰭的叉狀,可於電路的兩側控制電路的接通與斷開,閘極包覆奈米線通道的角度也相當完整,這種設計大大改善電路的可控性並減少漏電流,也可以大幅縮短電晶體的閘長,因此具備節省功耗的優點,非常適合應用於行動通訊裝置,是最具能源效率的技術平台。而台積電預計明年底16奈米FinFET製程可驗證完畢。另外,台積電近期亦將發表以鍺材料製作FinFET的相關論文,明年度也將重點擺在推動16奈米製程參考設計流程。
ARM日前已與台積電簽署合作協議,將雙方合作延續至20奈米製程以下。台積電將提供FinFET製程,為ARMv8架構下的新一代64位元處理器、Artisan實體IP進行最佳化,以應用於要求高性能與節能兼具的行動及企業市場。孫元成表示,台積電的FinFET製程可顯著地改善速度與功率,並降低漏電流。這些優勢克服先進系統單晶片技術進一步製程微縮時所遭遇的關鍵障礙。此外,這項合作將可改善矽製程、實體IP和處理器技術,促成系統單晶片的創新,並縮短產品上市時程。
聯發科與ARM攜手 風光再起
今年初宣佈擴大與ARM合作協議的台灣晶片龍頭聯發科技,該公司企業企劃與營運副總經理張垂弘在ARM台灣年度技術論壇發表專題演說時表示,由於佈局平價智慧型手機市場有成,近期引來競爭對手動作頻頻,挖角人才及複製聯發科晶片公板的傳聞不斷。張垂弘坦言,聯發科歷經2010年衰退,市場人士都不看好聯發科能風光再起,「就連我們自己也不敢相信」。
聯發科今年在平價智慧型手機市場開創佳績,年出貨量將較去年成長10倍。張垂弘表示,因市場進入庫存水位調整,聯發科預估11月智慧型手機晶片出貨量將下滑一到兩成,約為1,500萬套。12月則因應大陸農曆年前需求,再加上若全球經濟景氣不再存在下探風險,聯發科的手機晶片出貨狀況有望再度提升。張垂弘認為,隨著智慧年代(Smart Age)到來,未來5年內仍樂觀看待智慧型手機成長性,直至2016年,成長幅度將會超過45%。