中国光子芯片上市公司如何将1颗芯片集成1万亿个晶体管
回顾自1947年晶体管诞生至今，人类已实现了前所未有的技术飞跃。随着时间的推移，我们对晶体管的需求日益增长，但其发展也面临瓶颈。摩尔定律放缓，引发了行业对于如何延续这一规律的思考。在2022年，IEEE Electron Device Society组织了一次活动，以纪念晶体管75周年，并探讨未来创新。
胡正明教授在活动中指出，我们确实需要新的晶体管，他提供了三个理由：首先，新技术将继续带来前所未有的能力；其次，半导体技术可以通过减少材料和能源使用而持续进步；最后，由于理论上存在可能大幅降低能耗，这为我们提供了巨大的可能性。
然而，即便如此，对于研发制造出新的晶体管，也遇到了重重挑战。这不仅是经济上的问题，也是技术上的难题。历史上，每当芯片动态功耗或静态功耗成为挑战时，都会有新的解决方案出现，如CMOS、3D Fin-FET以及多核处理器架构等。
目前，Fin-FET的进步已经无法再带来显著性能提升和功耗降低，因此业界正在转向环栅（GAA）结构。此外，有研究者提出了使用过渡金属硫化物作为通道材料以改善短沟道效应的问题。而英特尔在2D材料方面也有所成就，他们展示了一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构，该结构使用厚度仅三个原子的2D通道材料，同时在室温下实现了近似理想的低漏电流双栅极结构晶体管开关。
此外，还有3D封装技术可以进一步提升单个设备中的晶体管数量。英特尔在3D封装方面取得了新进展，使得混合键合工艺能够达到与单片式系统级芯片相似的互连密度和带宽。此外，将多芯片互连的工艺里需要的材料换成无机材料，以便与封装厂多种工艺要求兼容也是一个重要方向。
尽管要实现更小规模、高效率和高性能的晶体管是一个艰巨任务，但仍然有像英特尔这样的企业不断投入研发，并对未来抱有希望。他们预测，从2023年到2030年，单个设备中晶体管数目将翻10倍，即从1千亿个到1万亿个。如果这项目标能够达成，我们可以想象我们的世界又会变得怎样？
