如何在手机中集成1万亿晶体管买天玑还是骁龙你的选择决定了性能和未来

回顾晶体管的75年历史，人类从1947年的第一代半导体放大器到现在，晶体管已经成为了现代电子技术的基石。然而，在2022年，我们仍然面临着如何延续摩尔定律的问题。IEEE Electron Device Society组织了一场活动，以纪念晶体管发明75周年，Fin-FET发明者胡正明教授对其过去进行了回顾，并有行业领先者分享他们在延续摩尔定律上做出的创新。

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，我们获得了前所未有的新能力，如计算和高速通信、互联网、智能手机等；其次，晶体管广泛应用正在改变所有技术、工业和科学，而半导体技术不受材料和能源使用限制；最后，从理论上讲，可以将信息处理能量减少至今天水平的一千分之一以下。

2030年之前，我们预计单颗芯片将容纳1万亿个晶体管，这要求新的研发与制造方法。尽管如此，无论是经济还是技术层面，都面临着新的挑战。在过去，每隔一段时间就会遇到巨大的挑战，比如1980年代动态功耗问题、2000-2010年的静态功耗问题，以及目前Fin-FET发展速度放缓的情况下寻找替代方案。

为了克服这些困难，一些公司如英特尔正在采用新的3D CMOS结构环栅（GAA）制造新型晶体管，并且在RibbonFET结构中实现GAA以进一步缩小尺寸，但也带来了短沟道效应的问题。如果使用非硅材料作为通道材料，就可以改善这种情况。学术界也有研究使用过渡金属硫化物作为通道材料，这种材料厚度仅为三个原子，有良好的电子流动性。

除了此外，还有3D封装技术能够提升单个设备中的晶体管数量。英特尔在这个领域取得了新进展，与IEDM 2021相比，他们展示了最新混合键合研究，将功率密度和性能再次提高10倍。此外，他们通过混合键合微缩互连间距至3微米，使得多芯片系统级芯片连接相似密度和带宽，并且将多芯片互连工艺中的无机材料引入，以适应不同工艺要求。