台积电芯片之谜如何在一颗芯片中集成1万亿个晶体管
回顾晶体管的75年历史，人类如何在这一小小器件中实现了前所未有的技术革新？从贝尔实验室的第一代半导体放大器到如今晶体管已成为现代科技的基石。然而，随着晶体管尺寸不断缩小，摩尔定律开始放缓，我们是否还能找到新的方法来延续这一规律？
2022年，在庆祝晶体管发明75周年之际，IEEE电子器件分会举办了一场盛会，其中Fin-FET发明者胡正明教授详细阐述了过去，并且行业巨头们分享了他们在维持摩尔定律上的创新成就。
我们的世界是否需要更先进的晶体管？胡正明教授坚定的回答是“是”，并提供三个理由：首先，是由于晶体管的进步我们获得了前所未有的能力；其次，它们广泛应用改变了各个领域，同时半导体技术发展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降至今天水平的一千分之一以下。
2030年的愿景中，一颗芯片将容纳1万亿个晶体管，但研发这样的新型晶体已经面临重重挑战。从1980年代动态功耗问题到2000-2010年的静态功耗再次成为焦点，每一次都有新的解决方案出现，如3D Fin-FET、多核架构等。
目前，Fin-FET发展带来的性能提升和功耗降低越来越有限，因此业界正在探索使用环栅（GAA）结构制造新的晶体管。英特尔通过RibbonFET结构实现GAA，但发现源极与漏极之间距离进一步缩小引起短沟道效应。换用非硅材料如过渡金属硫化物作为通道材料似乎是个可能解法，而学术界也在研究这种2D材料。
英特尔展示了一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构使用厚度仅为三个原子的2D通道材料，同时实现室温下的理想低漏电流双栅极开关。此外，3D封装技术也有助于提高单个设备中的晶体管数量。而通过混合键合技术微缩互连间距，将与系统级芯片连接相似的互连密度和带宽达成，这对未来显得尤为重要。
虽然进一步微缩一项艰巨任务，但英特尔等企业仍然投入研发，以期望未来能够达到每颗芯片1万亿个晶 体馆目标。这意味着我们的世界将迎来怎样的变化？
