材料、结构、芯片、系统——全方位研究寻求高功效

设计高功效电子设备将需要改变从后CMOS电路到智能建网各个级别的架构，一些演讲者在加州大学伯克利分校主办的伯克利高功效电子系统研讨会上指出。

在美国，年耗电量总额估计约为3,700万亿度，其中电子设备年消耗量约为290万亿度，建筑每年消耗约2,700万亿度，Lawrence Berkeley国家实验室研究人员Bruce Nordman透露。

Nordman呼吁工程师们基于通用标准为智能型联网建筑创建一种本质上全新的架构以便控制耗电量。

Nordman指出，目前的一些建筑控制设备(如可编程自动调温器)，由于使用专利技术且使用不便，实际上会增加能量浪费。“这些产品应具有通用性，因为不能互操作的系统越多，浪费的能量也越多。”他说。

行业也需对住宅功率控制给予更大关注，家庭耗电量约占建筑内耗电总量的57%，而商业机构耗电量约占商业建筑内耗电量的30%，他补充道。

在系统级，Norman正在寻找使PC和机顶盒可以在网络设备中存储其状态信息的方式，以便使这些设备在睡眠模式仍可对网络通讯做出响应。“这可以把系统功耗降低50%，非常值得为之付出努力。”他说。

在许多情况下，与减少正常工作功耗或把系统关闭相比，保持系统尽可能长地处在睡眠状态可以节省更多的能量。“‘关闭’是20世纪的思想，”他说，“把电路和网络从睡眠模式转到关闭状态节省的能量不多，但从工作状态转入睡眠模式却可以节省极大的能量。”

在芯片级，“到了该超越CMOS考虑新的量子跃变的时候了”，美国国防部高级研究项目局(Darpa)项目总监Michael Fritze说。

Fritze详细介绍了多个使用炭纳米管等材料和微机电系统技术来创建功耗比目前的CMOS器件更低的存储芯片的Darpa项目。

例如，一些研究人员(如伯克利的Chenming Hu)在开发波段到波段隧道晶体管，同CMOS电路相比，其工作功率有望降低25倍，待机功率有望降低100倍。

“这是一类新的物理理论，它利用隧道来获取更陡(功率上升)的斜率。”Fritze介绍，“这难度极大，但值得尝试。”

另一个Darpa项目是使用所谓的旋转力矩技术来创建一种具有DRAM和SRAM的容量和响应速度的非易失性存储器。

在Darpa内部，这只是非易失性存储器项目(至少有2个)中的一个。“我们谁也无法预测哪个架构最有潜力；还有许多项目正在考虑中。”Fritze说。

几家新创公司正在开发闪存的高功效替代物，其中一些可能会先于Darpa进入市场，KPCB风险投资公司风险投资家、Sun微电子公司的创始人Bill Joy在做主题演讲时表示。

在一次视频采访中，Joy指出尽管风险资金投资紧缩，但一些新创公司仍获得了研究各种清洁技术的资金。

资金和技术压力是影响高能效电子能否取得下一次大跃进的重要因素。英特尔公司研究人员George Bourianoff介绍了这家CPU巨头通过目前使用的高k/金属门45纳米工艺把电路泄漏降低了5倍的方法。

“想要继续降低泄露电流会很困难。”他说。“我们在所有领域都在稳步地向前推进，但不能无限期地这样发展，所以我们在寻找新的材料和结构。”

Bourianoff回顾了在旋转电子学和相变器件领域的一些最新进展。随着芯片制造商推进到CMOS之外，可能在4年内就会需要这些技术，他说。

“人们开始坐立不安，感受到压力。”他说，“好消息是，可选材料已缩小到石墨烯等几种。”

这次伯克利研讨会是Citris研究中心主办的，会议聚集了约1,000位研究者。该中心最近搬到位于伯克利的新邸，该中心将把一个纳米制造实验室设在那里。