延長摩爾定律的微處理芯片新原理、新結(jié)構(gòu)與新方法研究

1、項目名稱：延長摩爾定律的微處理芯片新原理、新延長摩爾定律的微處理芯片新原理、新結(jié)構(gòu)與新方法研究結(jié)構(gòu)與新方法研究首席科學家：李國杰李國杰中國科學院計算技術(shù)研究所中國科學院計算技術(shù)研究所唐志敏唐志敏中國科學院計算技術(shù)研究所中國科學院計算技術(shù)研究所起止年限：20051212005121依托部門：中國科學院中國科學院求進行自組織，以有效地利用片上的晶體管資源，動態(tài)適應不同的應用需求，從而達到降低成本和功耗的目的。2.信息信息處理效率與信息理效率

2、與信息處理過程需要消耗的能量之程需要消耗的能量之間有什么有什么樣的關(guān)系？的關(guān)系？總體上看，目前我們采用的信息處理過程是一個不確定性逐步減少的過程，即一個熵不斷減少的過程，因此肯定是要消耗能量的。但這個能量的下界是很低的（馮?諾意曼曾指出，一個基本二進位操作需要消耗的最少能量是kTln2，其中k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對溫度，在室溫下這相當于3?1021焦爾）。目前的處理芯片在消耗能量方面遠遠超過這個下界，其本質(zhì)原因在什么地方，這是一個非常

3、值得研究的問題。是不是信息處理的效率越高，所需要消耗的能量就越多？如果是這樣，處理效率與能量消耗之間有什么聯(lián)系？如果能找到這些問題的答案，那么對芯片的低功耗設(shè)計會有巨大的推動。因為耗散熱能的本質(zhì)原因是由于現(xiàn)在普遍采用的信息處理過程是不可逆的，所以多年來理論界一直有人在可逆計算機方面做工作，他們建議構(gòu)造基于可逆邏輯的信息處理系統(tǒng)（因為邏輯運算是可逆的，所以信息量不會因為邏輯操作而減少，從而理論上可以不損耗能量）?？赡嬗嬎汶m然因其巨大的時間

4、和空間開銷，短期內(nèi)并不現(xiàn)實，但卻給了我們一定的啟示，讓我們?nèi)ヌ剿髦鸩奖平碚撓陆绲牡湍芎碾娐方Y(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)。3.在數(shù)十在數(shù)十億元件元件組成的芯片上如何構(gòu)造成的芯片上如何構(gòu)造穩(wěn)定可靠、性能可定可靠、性能可預測預測的系的系統(tǒng)？隨著摩爾定律的延續(xù)，芯片特征尺寸進一步按比例縮小，在單芯片上集成數(shù)十億元件（晶體管）已成為可能。與此同時，由制造過程中工藝參數(shù)的漲落或內(nèi)部原子級效應引起的器件參數(shù)離散性不斷增加；越來越薄的柵氧化層導致因隧穿而影響可靠性