满足28nm迫切的低功耗需求

引言

降低电子产品的功耗是很现实的问题；在这种越来越强的能源意识以及迫切需要降低功耗的环境下，很多产品开发人员和生产商都制定了发展战略来赢得竞争优势。降低功耗为设计人员和最终用户带来了以下优势：

• 支持开发人员更好的满足对功耗和散热要求较高的市场需求
• 在相同的散热和功耗预算内，开发人员有更大的自由度来提高性能。
• 降低运营和材料成本，实现更紧凑的产品。
• 降低苛刻的散热要求
• 敢于承担社会责任

元器件供应商必须为开发人员和生产商提供最佳选择来降低能耗，满足迫切的功耗需求，不然，在竞争中将会处于明显的不利地位。Altera最新一代28-nm器件帮助产品开发人员和生产商直接满足迫切的功耗需求。

迫切的低功耗需求

美国能源部预测全球发电量到2015年将超过20万亿千瓦时(kWh)，2035年达到35万亿千瓦时，如全球发电量未来增长所示。在数据中心以及通信网络的推动下，电子设备用电量增长非常迅速。例如，美国的服务器和其他互联网基础设施的功耗从2000年的200亿kWh增长到2005年的400亿kWh，已经翻倍。Koomey, Jonathan, G博士，美国和全球服务器总功耗预测，斯坦福大学，2007年2月1在同一时期，全球同样设施的功耗从2000年的600亿kWh增长到2005年的1200亿kWh，也已经翻倍。

展望未来，美国数据中心的功耗2011年将达到1000亿kWh，按照这一趋势，2020年将会翻倍。这种快速增长将对经济发展产生很大影响。2015年，服务器运转的能源成本将超过服务器硬件成本^{智能能源欧洲，高效服务器：}——这会显著影响全球通信和数据中心基础设施的经济成本。

在快速增长的用电量中，数据中心只占了其中的一小部分。其他用电较多的领域包括传送数据的通信网络，用作数据流终端的PC和监视器等。所有这些都是信息和通信技术(ICT)部门的组成。很多工业组织以CO2等价排放量来衡量ICT部门的能耗，反映了工业领域排放了多少温室气体。ICT部门每年产生大约相当于500兆吨的CO2，30%来源于有线和无线通信，按照这种发展趋势，2020年将超过14亿吨，如全球ICT CO2排放量分布所示。^SMART 2020，在信息时代实现低碳经济：

对能源需求的快速增长促使政府和工业部门进一步提高能效。例如，美国政府是美国最大的能耗单位，每年成本高达200亿美元，它现在通过多种方式来降低功耗，包括只购买能耗小于1瓦或者待机功耗很低的产品。^{美国联邦能源管理项目，执行号13221，2001年8月2号：}

同样的，欧盟制定了法规，要求产品的待机功耗只有1W到2 W，2013年降低到0.5W或者1W。加州也制定了法规，要求2013年电视的功耗降低49%。^{加州能源委员会，加州通过新的节能电视法案，2009年11月18号：}

私人企业和工业组织也在积极采取措施降低功耗。例如，Verizon公司要求所有新设备的功耗必须比老设备低20%。^Verizon Wireless，Verizon率先建立网络、数据中心和消费类设备的节能标准，20据工业组织GreenTouchTM，全球通信网络目前产生相当于3亿吨的CO2，^Judge, Peter，阿尔卡特朗讯宣布提高网络运行效率1000-Fol，Eweek Europe，20据GSMA移动通信集团，包括便携式设备在内的全球移动通信基础设施产生了相当于245兆吨的CO2。^{移动通信(GSM)联盟全球系统，Green} Manifesto，2009年11月1号：

所有这些组织都建议通过设置一些目标来减少温室气体的排放。例如，GreenTouch建议将互联网和其他通信网络的能效提高1,000倍，采取合适的手段到2015年实现这一目标。^{GreenTouch计划，Fast} Facts：

类似的，GSMA虽然预测2020年移动链接将增长70%，达到80亿，但仍然建议移动领域努力保持目前的全球温室气体排放水平。与2009年相比，到2020年，其目标是每一链接的全球温室气体排放量降低40%。同样的GSMA文档预测“2020年全球排放能效可以提高15%。这是迅速减少排放，而且成本最低的选择。”^{移动通信(GSM)联盟全球系统，Green} Manifesto，2009年11月1号：

理想的低功耗元器件

制定了这些低功耗目标后，产品开发人员必须进一步提高产品性能，同时降低能耗。而且，降低功耗还有助于帮助最终用户提高经济收益。例如，对于服务供应商依靠电子产品作为其商业模型的情况，降低功耗可以减少与电子设备供电和散热相关的运营开支。而且，降低总功耗能够降低实际供电需求。所有这些因素都有利于减小设备规模，降低投入和运营成本。如通过供应链来降低功耗需求所示，这些最终用户需求转换为设备供应商的需求，最终是元器件供应商的需求。

FPGA和可编程逻