1颗芯片如何集成10000亿晶体管26家企业力挺华为打造物联网新时代
回顾晶体管的75年历史,人类如何持续推动技术进步?IEEE Electron Device Society为纪念晶体管发明75周年举办活动,Fin-FET发明者胡正明教授对过去进行了回顾,并分享了延续摩尔定律的创新。胡正明教授强调,我们需要新的晶体管,因为它们不仅改变了科技、工业和科学,还有可能带来未知的新能力。理论上,信息处理能量可以减少到今天水平的一千分之一以下。
2030年前,我们将能够在单颗芯片中集成10000亿个晶体管。然而,研发新的晶体管面临经济和技术上的挑战。在过去,每隔几十年都有一次巨大的挑战,比如1980年代的功耗问题和2000至2010年的静态功耗问题。现在,业界正在采用3D CMOS结构中的环栅制造新型晶体管,而英特尔则使用RibbonFET实现GAA,但发现源极与漏极之间距离缩小导致短沟道效应。
学术界正在研究非硅材料,如过渡金属硫化物作为通道材料,这种材料只有三个原子厚度,对电子流动性好。而英特尔展示了一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构,以2D通道材料实现低漏电流双栅极结构晶体管开关。此外,3D封装技术也被用来提升单个设备中的晶体管数量。
通过混合键合,将互连间距微缩到3微米,可以实现与系统级芯片连接相似的互连密度和带宽。此外,将多芯片互连所需的无机材料用于工艺中,可以兼容多种封装厂工艺要求。尽管进一步微缩晶体管是一个耗费大量财力和人力的过程,但仍有企业如英特尔持续投入研发,并对未来抱持希望。
从2023年到2030年,我们预计单个设备中的晶体 管数目将翻10倍,从1千亿增加到1万亿。这需要业内领先企业不断投资于研发并尝试更多可行技术。当我们达到这一目标时,我国世界又会发生什么变化?