众所周知，电子体系芯片中的晶体管会跟着时刻而逐步老化。它们会渐渐变旧，反响变得缓慢，缺点越来越多，乃至忽然溃散死机。不过凡事都有两面性，尽管晶体管老化对电子产品不是功德，但其功耗却跟着时刻的推移而下降。
在这个快节奏、快消费的时代，人们总是在求新、求快。不光是手机、电脑、轿车，就连咱们自身，都想要时髦，新朝，不落伍。假如我想说老有老的好，旧有旧的妙，你必定不能认同。但现实确是如此，咱们无妨看几个比方。
咱们都知道轿车有一个磨合期，新车在开端的2000公里路程内要注意磨合，以便各个部件比较顺利地符合配搭，使轿车全体功能、运用寿命和驾驭体会到达最佳。其实人也是相同，并非总是年青的好，咱们知道，人们年青时分学习的常识，有必要经过人生的历炼，需求时刻的堆集，才干变成才智。那么，智能手机、电脑等电子产品是否也有相似的风趣规则呢?
一般顾客或许并不关怀电脑CPU、智能手机存储器和轿车主动刹车体系的老化问题。可是作为电子体系规划师或芯片规划工程师，咱们知道这些电子体系芯片中的晶体管是会逐步老化的。跟人和轿车相同，它们会渐渐变旧，反响变得缓慢，缺点越来越多，乃至忽然溃散死机。
晶体管BTI改动对体系的积极作用
凡事都有两面性，尽管芯片中晶体管的老化对电子产品不是功德，但其功耗却跟着时刻的推移而下降，这是英国南安普顿大学电子工程教授Bashir Al-Hashimi在一系列仿真和实验后得出的定论。这位教授及其团队对晶体管的一种特性—偏压温度不稳定性(Bias Temperature Instability，BTI)进行了测验，发现BTI的改动对芯片和体系全体体系有正面影响。
什么是BTI?简略说来，便是晶体管处于“开”状况时的一种电荷堆集效应，在晶体管通道及其门绝缘介质之间构成电荷堆集，这会改动晶体管开关改换状况的电压，跟着时刻的推移晶体管开关状况改换动作会越来越慢。跟着芯片制作商更多选用高K电介质和金属门资料，这种偏压不稳定性越来越显着。
Bashir Al-Hashimi教授的团队在仿真实验中运用的是高功能CMOS逻辑晶体管，BTI老化使得这些器材的实践功耗在下降。实验标明，仿真1个月的运用，静态功耗下降大约50%，10年下降78%。静态功耗是晶体管不作业时耗费的能量，这是由于晶体管通道上的电流走漏引起的。而在如今的芯片规划中，晶体管大部分时刻是处于这种状况，因而由BTI带来的功耗下降是比较显着的。
在实践芯片测验中，运用5年后走漏电流大约下降11%。实践的电子体系功耗下降能否到达期望的程度还不知道，但至少晶体管老化与功耗下降的相关理论上是说得通的。这是否意味着智能手机运用时刻越长，电池续航功能反而越好呢?
假如咱们据此得出这样的定论，不免过于果断。究竟智能手机的电池续航功能和运用寿命取决于多种要素，比方电池自身的资料和功能、电源办理技能、操作体系、装置的APP软件和用户运用习气等。顾客需求和市场竞争一向驱动着手机厂商和芯片供货商不断地更新迭代，新产品代替周期越来越短，在这样的环境下顾客和商家对体系芯片的老化效应不会注重的。可是，咱们工程师在规划芯片和智能设备产品时，却不得不考虑其影响。
芯片路程表
明尼苏达大学电气工程教授Chris H. Kim早在10多年前就开端对晶体管老化对芯片和电子体系的影响开端进行研讨和实验。他最早提出了“芯片路程表(Odometer for silicon chip)”的概念，并开宣布一种电路用于丈量或许影响芯片功能的晶体管老化目标，他期望能将这种电路集成进微处理器芯片规划中，以帮忙微处理器主动检测作业功能，经过均衡几种老化目标来让芯片一直处于最佳功能状况。Kim教授及其团队在芯片路程表方面的研讨现已行之有效，半导体研讨公司颁发其2016年杰出技能奖便是半导体业界对其研讨的必定。
芯片路程表可以丈量晶体管老化的三个目标：热载流子注入(HCI)、偏压温度不稳定性(BTI)、经时介质击穿(TDDB)。BTI上文现已解说过，HCI是指晶体管产生状况改换时的老化，电荷滞留在晶体管门介质上，这样器材开关转化的电压就会改动。BTI和HCI或许对芯片正常作业没有显着的影响，但TDDB就会引起灾难性的问题，跟着晶体管的老化，各种缺点会在门介质上堆积，堆集到必定程度就会引起短路，然后导致芯片乃至整个体系溃散。这就跟人相同，跟着年纪的添加，身体机能开端老化，各种疾病开端呈现，严峻时乃至引起癌症。
Kim教授提出的“芯片路程表”概念及其相应的丈量电路规划现已引起半导体职业的注重，包含Intel、TI和IBM在内的芯片制作商现已在其芯片开发中考虑晶体管老化的影响，正在采纳恰当的方法来补偿由于老化导致的芯片功能下降。或许很快在新的芯片中，就会集成相似“芯片路程表”的功能模块。
跟着芯片规划和制作工艺的开展，以及智能设备的操作体系和软件的老练，未来的智能设备在有限的供电环境下依然可以继续作业多年，或许这要部分归功于“芯片路程表”。当咱们不再为了追逐潮流而频频替换手机时，咱们或许会运用一部心仪的手机超越3年，手机的续航才能不降反升或许就家常便饭了。
