1颗芯片如何集成100亿个晶体管
在1947年12月，人类迎来了半导体的第一代放大器——晶体管，它由肖克利和他的团队发明。从那时起，晶体管不断改变着世界，并且它本身也经历了75年的发展。在这期间，摩尔定律开始放缓，这促使人们思考如何延续这一规律。
到了2022年，我们仍然需要新的晶体管。为了纪念晶体管诞生的75周年，IEEE电子器件分会举办了一场活动，在那里Fin-FET发明者胡正明教授回顾了过去，而行业巨头们则分享了他们在延续摩尔定律方面的技术创新。
我们的世界是否还需要更好的晶体管？胡正明教授给出了肯定的回答，他提出了三个理由：首先，随着晶体管的改进，我们已经掌握了前所未有的能力；其次，半导体技术可以广泛应用而不受材料和能源限制；最后，从理论上讲，我们可以将信息处理能量减少到今天水平的一千分之一以下。
胡正明认为，对抗全球变暖是应对气候变化挑战的一个关键工具。他指出，无论是在经济还是技术层面，都存在研发新的晶体管所面临的新困难。尽管如此，他相信我们仍然需要这些新型芯片，因为它们能够帮助我们应对未来可能出现的问题。
目前Fin-FET的进步虽然能够带来性能提升和功耗降低，但这种增幅正在逐渐减小。因此，业界正在采用一种新的3D CMOS结构，即环栅（GAA）制造来创造更小、更高效的芯片。英特尔就是这样做的一个例子，他们使用RibbonFET结构实现GAA，但发现源极与漏极之间距离缩短导致短沟道效应严重影响性能。
解决这个问题的一种方法是将传统硅材料替换为非硅材料，如过渡金属硫化物，这种材料只有三个原子厚度，有助于提高电子流动性并作为通道材料具有天然优势。此外，以2D材料为基础进行研究也显示出巨大的潜力，比如英特尔展示了一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构，它利用高度薄弱但有益于电子流动性的2D通道材料，并在室温下实现近似理想状态下的低漏电流双栅极开关。
除了这些物理层面的创新之外，还有其他领域也有可能推动单个设备中晶体管数量的大幅增加。一旦达到1万亿个晶 体 管，那么我们的世界将会变得多么不同？
