日本大阪大学的桥本昌宜教授等人组成的研究团队，利用新纳米器件——通孔开关（Via-Switch）实现FPGA的编程功能，全球首次成功实现了FPGA芯片的12倍高密度安装（图a）。通过开发适合AI应用的FPGA架构，有望将能效提高5倍，同时通过采用半导体微细工艺，有望持续提高性能。
图：利用新开发的通孔开关FPGA提高安装密度的示意图及布线截面图
FPGA凭借能在短时间内实现功能以及适合少量多品种产品的特性得到了广泛利用。不过，要想实现芯片内的编程功能，仍需要使用大量晶体管。因此在芯片应用方面仍面临安装密度低、工作速度和耗电量等性能也较低的挑战。
桥本教授的研究团队一直在开发名为通孔开关的新型非易失开关器件。此次，全球首次成功试制了采用通孔开关的FPGA。经验证，与利用晶体管实现编程功能的常规FPGA相比，安装密度提高了12倍（图a）。安装密度直接关系到FPGA芯片的价格，此举有望大幅降低成本。由于无需再利用晶体管实现编程功能，所有晶体管都可用于计算，因此还有望实现高计算性能。研究团队对利用最小线宽为65nm的硅CMOS工艺制造的FPGA芯片进行了编程，确认能实现预期的功能。综上，通孔开关是适合新一代FPGA的器件。
此外，研究团队还开发了有效实现AI应用的FPGA架构，并进行了性能预测。预测发现，与利用晶体管实现编程功能的FPGA相比，能效可提高5倍。利用最小线宽为7nm的硅CMOS工艺制造时，能效还可再提高11倍。
该技术的详细内容已在2月19日于美国旧金山举行的最大规模半导体技术相关会议“国际固态电路会议ISSC 2020(IEEE International Solid-State Circuits Conference 2020）”上发表（发表序号33.3）。
论文信息
题目：Via-Switch FPGA:65nm CMOS Implementation and Architecture Extension for AI Applications
发表编号：33.3
中文：JST客观日本编辑部编译整理
