北斗芯片如何在一颗小巧的物品中集成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。
尽管研发新型晶体管面临挑战,但科学家们正在寻找解决方案。一种名为环栅(GAA)结构的3D CMOS已经被提出,而英特尔则采用RibbonFET结构实现GAA,并展示了一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构,该结构使用2D通道材料。这一突破不仅提高了性能,还有助于减少漏电流。
此外,3D封装技术也是提升单个设备中晶体管数量的一个关键因素。英特尔在这方面取得进展,将功率密度和性能进一步提升。此外,他们还开发了一种混合键合工艺,使得互连间距缩小到3微米,从而实现与系统级芯片相似的互连密度和带宽。
虽然达到1万亿个晶体管是一个巨大的目标,但科技公司如英特尔仍然积极投入研发。预计到2030年,每个设备将包含如此庞大的数量。这无疑会给我们的世界带来革命性的变化。但要达成这一目标,就需要不断创新并克服现有的挑战。