芯片设计师能干一辈子吗1颗芯片是如何集成1万亿个晶体管的

在1947年12月，人类迎来了半导体放大器件的诞生，这一事件在贝尔实验室发生，其发明者肖克利及其团队将其命名为晶体管。自那时起，晶体管不断影响着世界，并伴随着75年的发展进入了一个瓶颈期。在摩尔定律放缓的同时，我们仍然需要新的晶体管来纪念这一发明的75周年。

为了纪念这一历史里程碑，IEEE电子器件分会举办了一场活动，其中包括Fin-FET发明者胡正明教授对晶体管历史的回顾，以及业界领先企业如英特尔分享延续摩尔定律所做出的技术创新。

我们是否还需要更好的晶体管？胡正明教授给出了肯定的答案，并提出三个理由：首先，随着晶体管改进，我们获得了前所未有的新能力；其次，广泛应用中的半导体技术正在改变所有领域，同时不受材料和能源限制；第三，从理论上讲，我们可以减少信息处理所需能量到今天水平的一千分之一以下。

2030年，我们预计单个芯片可容纳1万亿个晶体管。然而，无论是经济还是技术层面，都存在研发制造新型晶体管的巨大挑战。这条道路充满了曲折，每隔几十年就有重大挑战出现，如动态功耗问题、静态功耗问题等，但每一次都有科技创新解决这些难题，比如CMOS替代NMOS和双极技术、三维Fin-FET以及多核处理器架构等。

目前，最前沿的是采用环栅（GAA）结构制作新的晶体管。英特尔利用RibbonFET结构实现GAA，但是发现源极与漏极之间距离缩小导致短沟道效应增加漏电流。此外学术界研究使用过渡金属硫化物作为通道材料，可以改善这种情况。而英特尔也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开关。