越來(lái)越明顯的是，熱量將成為半導(dǎo)體未來(lái)的限制因素。芯片的很大一部分在任何時(shí)候都是黑暗的，因?yàn)槿绻袞|西同時(shí)運(yùn)行，產(chǎn)生的熱量將超過(guò)芯片和封裝耗散能量的能力。如果我們現(xiàn)在開(kāi)始考慮堆疊模具，其中提取熱量的能力保持不變，并且熱發(fā)生器的數(shù)量增加，那么它似乎是一個(gè)相當(dāng)黯淡的未來(lái)。

　　也許有人會(huì)發(fā)明更好的晶體管，或者電阻和電容更小的電線。但在這一點(diǎn)上，已經(jīng)探索了更明顯的進(jìn)步，成本總是會(huì)限制一些解決方案。

　　在過(guò)去的 40 或 50 年里，優(yōu)化一直與性能和面積有關(guān)。直到大約 20 年前，人們才意識(shí)到，在相同的基本架構(gòu)下，性能每提高一個(gè)百分比，功耗就會(huì)增加得更多。Dennard 擴(kuò)展停止自動(dòng)停止在每個(gè)新節(jié)點(diǎn)上提供相同級(jí)別的節(jié)能也無(wú)濟(jì)于事。

　　即使在今天，當(dāng)我采訪人們并詢問(wèn)功耗是否是主要的優(yōu)化考慮因素時(shí)，答案通常是，“我們必須首先滿足性能指標(biāo)，然后我們才能擔(dān)心降低功耗。在接下來(lái)的10年里，我預(yù)計(jì)這種心態(tài)將轉(zhuǎn)變?yōu)椤皺?quán)力優(yōu)先”的方法。真正的問(wèn)題是，在定義的功率預(yù)算內(nèi)，我可以在給定任務(wù)上獲得多少性能？你不能通過(guò)首先看性能來(lái)得到這個(gè)答案。

　　在過(guò)去的幾十年里，已經(jīng)創(chuàng)建了一些工具，這些工具可以通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析并找到潛在的節(jié)省來(lái)節(jié)省電力。大多數(shù)時(shí)候，這些節(jié)省可以自動(dòng)應(yīng)用，而不必?fù)?dān)心搞砸任何事情。例如，當(dāng)可以證明它不會(huì)產(chǎn)生邏輯影響時(shí)，對(duì)具有松弛或時(shí)鐘門(mén)控的路徑進(jìn)行晶體管尺寸調(diào)整。其他策略的影響稍大一些，例如電源域開(kāi)關(guān)，在不使用時(shí)可以消除塊中的泄漏電流。然而，這些確實(shí)增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并且它們引入了一些潛在的災(zāi)難性問(wèn)題，使一些設(shè)計(jì)陷入困境。

　　但所有這些技術(shù)都只是試圖恢復(fù)浪費(fèi)的電力。他們都沒(méi)有正面解決問(wèn)題。需要的是影響系統(tǒng)架構(gòu)的功耗優(yōu)化策略，包括在針對(duì)它們優(yōu)化的處理平臺(tái)上運(yùn)行的軟件中使用和可能實(shí)現(xiàn)的算法，這些算法著眼于在系統(tǒng)中移動(dòng)的每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的有用性，等等。

　　但這個(gè)行業(yè)有如此多的動(dòng)力和慣性，以至于改變是非常困難的。我們看到越來(lái)越復(fù)雜和重量級(jí)的協(xié)議被定義為一致性和連接性，所有這些都試圖盡可能少地破壞當(dāng)今存在的不良做法。

　　有令人鼓舞的跡象。2017年，約翰·軒尼詩(shī)（John Hennessy）和大衛(wèi)·帕特森（David Patterson）在圖靈（Turing）演講中發(fā)表了演講，并迅速采用了RISC-V ISA以及圍繞該領(lǐng)域的所有工作，從而點(diǎn)燃了特定領(lǐng)域的計(jì)算。他們這樣做的主要?jiǎng)訖C(jī)可能不是降低功耗，但這至少是一個(gè)開(kāi)始。

　　另一個(gè)令人鼓舞的領(lǐng)域出現(xiàn)在我最近為即將發(fā)表的關(guān)于功率優(yōu)化主題的文章進(jìn)行的一些采訪中，從 RTL 開(kāi)始。當(dāng)被問(wèn)及未來(lái)以功耗優(yōu)化為首要考慮因素的可能性時(shí)，人們充滿激情、興奮，并希望在未來(lái)有更好的做事方式。

　　20年前，當(dāng)電子系統(tǒng)級(jí)（ESL）一詞被用于定義EDA新時(shí)代的技術(shù)時(shí)，人們非常興奮，也許是自該行業(yè)成立以來(lái)，我們對(duì)新EDA工具的最大投資。這是試圖找到新的抽象，新的工具，可以像RTL為Synopsys所做的那樣為他們做。

　　我也陷入了困境，但我們都錯(cuò)了。沒(méi)有新的神奇抽象可以驅(qū)動(dòng)新一代設(shè)計(jì)師和工具。它確實(shí)產(chǎn)生了一些好東西，但與最初預(yù)期的完全不同。但是，我們現(xiàn)在能看到新時(shí)代的起源嗎？新的抽象、流程和工具，主要關(guān)注的是電源和能源？新一代設(shè)計(jì)將能夠最大限度地提高每瓦性能，不是通過(guò)優(yōu)化，而是通過(guò)設(shè)計(jì)？

　　是否有足夠的人關(guān)心這個(gè)星球，將其作為優(yōu)先事項(xiàng)？作為工程師，我們是否在某種程度上對(duì)我們創(chuàng)造的產(chǎn)品的能源消耗負(fù)責(zé)？我確實(shí)看到更多人關(guān)心這些事情，但我也看到許多技術(shù)進(jìn)步完全是浪費(fèi)權(quán)力，唯一的動(dòng)機(jī)是利潤(rùn)。

　　審核編輯：黃飛