美國英特爾開發出了以0.28V～1.2V的大范圍電源電壓驅動的x86處理器“Claremont”（圖1）。技術詳情已經在2012年2月舉行的半導體國際學會“ISSCC 2012”上發布。英特爾開發出了在極低電源電壓下也能準確無誤地進行邏輯運算的專用單元庫，使該處理器得以實現。開發工作主要在英特爾的印度研發基地進行，由于Claremont是作為相當于Pentium的老式CPU內核封裝的，因此難以直接產品化，不過此次開發的電路技術似乎可以用于該公司面向智能手機和平板終端的SoC產品。

利用小太陽能電池也能運行的x86處理器

　　Claremont在0.28V電壓下工作時的耗電量為2mW，工作頻率為3MHz。采用32nm工藝CMOS技術制造，電路面積為2mm2，晶體管數量為600萬個。需要高處理性能時，可以利用通常的電源電壓驅動。例如，電源電壓為1.2V時，工作頻率為915MHz，耗電量為737mW。

　　通過FPU的動態開/關和電路實現

　　該處理器主要是通過兩方面的改進實現的。一個方面是動態開/關浮點運算單元（FPU）的電源。即對CPU內核執行的命令進行監控，在FPU沒有運算命令時切斷FPU部分的電源。FPU在CPU內核中占邏輯電路面積的20％，所以這一改進可大幅削減耗電量。

　　另一方面是面向低電壓工作開發了專用標準單元庫。一般情況下，如果降低數字電路的電源電壓，晶體管的導通/截止比就會下降，工藝偏差的影響會相對變大，因此難以維持正常的邏輯運算。這種傾向在復雜的邏輯門電路中尤為顯著，所以此次從標準單元中去除了這種邏輯門。

　　比如，組合電路方面，去除了4段以上的堆棧構造邏輯門，以及采用傳輸門的4輸入以上多路復用器。與3段構造和3輸入相比，4段邏輯門與4輸入多路復用器的正規延遲時間的偏差分別增加了108％和127％。另外，寬度不到制造技術容許的最小寬度2倍的小規模邏輯門由于對工藝偏差的耐性低，也被去掉了。

圖1：英特爾公司的x86處理器“Claremont”

　　電路面積為2mm2，晶體管數量為600萬個。采用32nm工藝CMOS技術制造。

　　觸發器也有所改進

　　除了組合電路，Claremont中還改進了順序電路。改進之處是擴大了順序電路內的反饋路徑。另外，主從型觸發器方面，將普通傳輸門類型換成了時鐘逆變器類型，這是因為傳輸門雖然面積小，但難以在低電壓下工作。緩存存儲元件方面，采用了由10個晶體管構成的單元，與由8個晶體管構成的單元相比，電源電壓可降低0.25V。

　　時序分析方面，在0.5V、0.75V和1.05V三種電源電壓下分析了角點條件。結果證實，在0.5V的角點條件下獲得了充分的時序性能。在1.05V的角點條件下能以650MHz工作。面向1.05V的標準單元方面，雖然漏電流和電路面積較小，但低電壓時的處理性能較差，因此采用了面向0.5V的標準單元。

　　電力效率方面，在電源電壓為0.45V，接近閾值電壓時最高，為5830MIPS/W（圖2）。原因是，雖然降低電源電壓后動態電能會減少，但漏電損失的電能激增。

　　三星采用基板偏壓技術

　　在ISSCC 2012上，韓國三星電子也發布了用于智能手機等的低耗電量技術。即配備ARM公司CPU內核“Cortex-A9”的應用處理器“Exynos”技術。該公司沒有公布芯片面積和晶體管數量等，不過表示采用32nm工藝CMOS技術制造，工作頻率為1.5GHz（圖3）。在CPU內核、GPU、DRAM控制器和其他部分共計4處設置了電源域。

圖2：電力效率在接近閾值電壓時最高

　　與以1.2V的電源電壓工作時比較，以接近閾值電壓的電壓驅動時，電力效率提高至4.7倍。存儲器電路的最小電源電壓為0.55V。

圖3：三星的應用處理器“Exynos”

　　采用32nm工藝CMOS技術制造。采用雙核或四核構成。

　　三星首次在Exynos采用的32nm工藝制造技術中導入了基板偏壓技術。通過在LSI的硅基板上加載偏壓，可以改變晶體管通道附近的電場，動態控制閾值電壓。這樣就能夠根據處理負荷提高晶體管的性能，并降低漏電流。應用處理器領域的應用方面，美國德州儀器的OMAP系列，以及更早的美國Transmeta公司的x86處理器“Efficeon”中，都采用了基板偏壓技術。

　　基板偏壓技術有兩種方式：一種是在基板部分加載正電壓以降低晶體管閾值電壓，從而暫時提高速度的“Forward-Body-Biasing（FBB）”；另一種是在基板部分加載負電壓以提高閾值電壓，從而暫時抑制漏電流的“Backward-Body-Biasing（BBB）”。三星的Exynos中同時采用了這兩種方式。該公司沒有公布加載的偏壓，不過表示采用FBB時性能提高了13.5％。

　　估計三星承擔了美國蘋果公司應用處理器“A5”的制造，所以此次的基板偏壓技術除了Exynos外，還有可能用于蘋果公司的處理器。