早在1970年代，Gene Frantz 就預(yù)見數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的發(fā)展趨勢(shì)；但現(xiàn)在他認(rèn)為，我們需要將注意力轉(zhuǎn)回模擬技術(shù)，以因應(yīng)人工智能(AI)帶來(lái)的艱巨挑戰(zhàn)。

Frantz之前是德州儀器(TI)的首席技術(shù)院士(編按：他也被業(yè)界譽(yù)為“DSP之父”)，現(xiàn)在則是美國(guó)萊斯大學(xué)(Rice University)教授，同時(shí)也是一家美國(guó)新創(chuàng)公司Octavo Systems的共同創(chuàng)辦人暨技術(shù)長(zhǎng)；該公司總部位于德州奧斯汀(Austin, Texas)，專長(zhǎng)系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)技術(shù)。

在Octavo的首款SiP產(chǎn)品OSD32MP1──采用意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)的STOSD32MP1 微處理器──發(fā)表會(huì)上，F(xiàn)rantz接受EE Times采訪時(shí)表示，他相信SiP和模擬處理將是未來(lái)趨勢(shì)。他提到，發(fā)展AI 需要更好的解決方案，并建議我們應(yīng)該考慮回歸模擬信號(hào)處理。

“當(dāng)大多數(shù)人聽到『模擬信號(hào)處理』，可能會(huì)想到模擬運(yùn)算，但這并不是我真正想說(shuō)的； ”Frantz指出：“如果我能利用信號(hào)處理做一個(gè)模擬算數(shù)邏輯單元(analog arithmetic logic unit，ALU)或混合信號(hào)ALU，就可以讓性能提升好幾個(gè)等級(jí)，同時(shí)將功耗降低數(shù)個(gè)等級(jí)。而我唯一會(huì)有的重要問(wèn)題是動(dòng)態(tài)范圍(dynamic range)、準(zhǔn)確性和線性。如果我能讓你的性能提升三或四個(gè)等級(jí)，同時(shí)把功耗降低三到四個(gè)等級(jí)，你認(rèn)為這三個(gè)問(wèn)題能解決嗎？”

Frantz用初中生第一次學(xué)跳社交舞來(lái)比喻：男孩與女孩分兩邊各站一排，但沒(méi)有人愿意走到中間來(lái)跳舞?！拔铱吹降氖?，所有了解信號(hào)處理理論的人還有處理系統(tǒng)架構(gòu)師都站在墻邊，沒(méi)有人走到舞池中；”他表示：“但這兩方需要能結(jié)合…就像初中生的舞會(huì)，很多活動(dòng)其實(shí)是在走廊上進(jìn)行，而非跳舞廳?！?/p>

Frantz認(rèn)為，SiP正在開始改變這種情況：“現(xiàn)在我可以做我想做的事情，因?yàn)槲覠o(wú)法以相同制程讓模擬信號(hào)處理表現(xiàn)與數(shù)字信號(hào)處理表現(xiàn)一樣好，但我還是可以把它們放在一起，這就是我們用SiP做的事情?！?/p>

Frantz表示，隨著組件尺寸縮小，他對(duì)于SiP技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)，是催生能自行產(chǎn)生或創(chuàng)造能量、具備傳感器基礎(chǔ)，以及擁有控制、計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信的單一封裝，并且沒(méi)有接腳。

他表示幾年前與Masood Murtaza──在TI與Frantz一起領(lǐng)導(dǎo)封裝技術(shù)研發(fā)──開始談?wù)撃柖?Moore's Law)以及它如何推動(dòng)了硅制程的成功；那么，“SiP的成功定律是什么？”Frantz表示：“答案是讓接腳數(shù)越來(lái)越少；我們覺(jué)得終極SiP組件應(yīng)該沒(méi)有接腳?！?/p>

Frantz說(shuō)，他的夢(mèng)想是能用SiP組件來(lái)貼墻壁，然后任何人都能遙控改變墻壁的顏色：“我想這么做的原因是，如果你能透過(guò)一種特殊形象傳達(dá)一個(gè)概念，即使人們可能會(huì)嘲笑它，他們也會(huì)因此理解你的概念。”

這對(duì)Frantz來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)新點(diǎn)子，他表示美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校(University of California-Berkeley)大約在20年前就提出了“智慧微塵”(smart dust)的想法：“所有我正在做的事情說(shuō)明了一點(diǎn)，隨著科技演進(jìn)，我們?cè)絹?lái)越有能力真正實(shí)現(xiàn)它?！?/p>

“想想看，如果我能實(shí)現(xiàn)這種組件然后透過(guò)RF將它們互連，我不但能創(chuàng)造單一色彩，也能產(chǎn)生不同的色彩，甚至能利用它們進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作；” Frantz表示：“我職業(yè)生涯中的大部分時(shí)間都在研究那些被認(rèn)為是不可能的事情?！?/p>

Frantz認(rèn)為未來(lái)十年，有一半的半導(dǎo)體市場(chǎng)會(huì)是由 SiP技術(shù)驅(qū)動(dòng)，以因應(yīng)終端節(jié)點(diǎn)對(duì)更高智慧的需求：“我們采取的理念是，SoC并非真的是芯片上系統(tǒng)，而是芯片上子系統(tǒng)(sub-system)，而且它一定會(huì)被納入一個(gè)更大的系統(tǒng)?！?span style="text-indent: 2em;">Octavo的OSD32MP1 SiP產(chǎn)品采用ST的OSD32MP1微處理器，可搭配以TI的AM335X處理器為基礎(chǔ)之Octavo模塊系列。

“我們正讓半導(dǎo)體制程能接受量越來(lái)越少的產(chǎn)品，這是系統(tǒng)整合所需要的。如果我制作晶體管，我可以做數(shù)千億個(gè)、讓每個(gè)人都使用，但如果我做的是一個(gè)專有系統(tǒng)，使用的人并不多。當(dāng)我們朝著這個(gè)方向發(fā)展，你會(huì)發(fā)現(xiàn)我唯一能在系統(tǒng)層級(jí)進(jìn)行整合的方法，就是利用類似SiP的東西，而且數(shù)量會(huì)更低，這將成為市場(chǎng)主流?！?/p>

Frantz 補(bǔ)充，一旦組件的性能、功耗與尺寸間的關(guān)系被充分了解，整個(gè)AI與深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的問(wèn)題也能被妥善解決，屆時(shí)人們就能在智能型手機(jī)上享受到如同今日云端運(yùn)算那種等級(jí)的實(shí)時(shí)運(yùn)算性能。

他表示，SiP技術(shù)也能扮演延長(zhǎng)摩爾定律壽命的角色，至少在某種程度上：“當(dāng)你從系統(tǒng)單芯片轉(zhuǎn)向SiP，你就是把更多的晶體管放在同一片基板上；因此事實(shí)上我們還是能繼續(xù)達(dá)成摩爾定律目標(biāo)，只是創(chuàng)新技術(shù)從硅制程轉(zhuǎn)向封裝制程?！?/p>

在未來(lái)，能在推動(dòng)更高運(yùn)算能力的方法將成為顯學(xué)，包括異質(zhì)整合(heterogeneous integration)技術(shù)；半導(dǎo)體封裝是其中一種方法，而Frantz的想法是另一種：以RF互連的一個(gè)SiP組件數(shù)組來(lái)打造一面墻，然后透過(guò)編程來(lái)隨心所欲地進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。