什么是Dennard scaling?

Dennard Scaling（登纳德缩放定律）是1974年由Robert Dennard提出的，它与摩尔定律共同指导了集成电路行业多年。Dennard Scaling的核心观点是，随着晶体管尺寸的缩小，其功率密度保持不变，从而使芯片的功率与芯片面积成正比。这意味着，在每一代技术中，晶体管的尺寸可以缩小大约30%（0.7倍），因此它们的面积减少了50%。相应地，电路的延迟减少30%，工作频率增加约40%，同时为了保持电场恒定，电压降低30%，能量降低65%，功率降低50%。因此，在每一代技术中，晶体管密度增加一倍，电路速度提高40%，而功耗保持不变。 Dennard Scaling预测，随着晶体管密度的增加，每个晶体管的能耗将降低，因此硅芯片上每平方毫米的能耗几乎保持恒定。由于每平方毫米硅芯片的计算能力随着技术的迭代而不断增强，计算机将变得更加节能。 然而，自2005-2007年前后，Dennard Scaling定律似乎已经失效。集成电路中的晶体管数量仍在增加，但性能提升开始放缓。主要原因在于，当芯片尺寸不变而晶体管数量增多时，电流泄漏问题变得更加严重，导致芯片升温，进一步增加能源成本。因此，Dennard Scaling定律在深亚微米时代不再准确，需要新的技术如多核处理器、3D芯片技术、先进封装技术等来继续推动性能的提升。