中国芯片技术如何将1颗芯片集成1万亿个晶体管

在1947年12月，人类迎来了半导体放大器件的诞生，这一发明被命名为晶体管。自此之后，晶体管不仅改变了世界，还促进了技术的飞速发展。然而，随着时间的推移，晶体管本身也面临着发展瓶颈，摩尔定律开始放缓。

为了纪念晶体管75周年诞辰，IEEE电子器件分会举办了一次活动。在这次活动中，Fin-FET发明者胡正明教授回顾了晶体管过去的发展，同时行业领先企业如英特尔分享了延续摩尔定律所做出的创新。

胡正明教授坚信我们仍需要新的晶体管，他提供了三个理由：首先，我们已经掌握了一些前所未有的新能力，如计算、高速通信和人工智能；其次，大范围应用改变了科技、工业和科学，并且半导体技术可以更快地进行演进而不受材料和能源使用限制；最后，从理论上讲，我们有可能将信息处理能量减少到今天水平的一千分之一以下。

2030年之前，我们预计单个芯片将能够容纳1万亿个晶体管。这意味着我们需要新的解决方案来克服目前研发制造新型晶体管时遇到的经济和技术挑战。虽然历史上每隔一段时间都会出现巨大的挑战，但研究人员一直在寻找创新方法以应对这些问题，比如采用CMOS取代NMOS或双极技术，以及最近提出的环栅（GAA）制造方法。

未来，不仅要依赖于传统硅材料，还可能会探索非硅材料，如过渡金属硫化物，以改善短沟道效应的问题。此外，更先进的3D封装技术也有助于进一步提升单个设备中的晶体管数量。通过混合键合技术，将互连间距继续缩小至3微米，并实现与系统级芯片连接相似的互连密度和带宽，这些都是实现这一目标必需采取的一系列措施。