一颗芯片是如何通过精密封装集成一万亿个晶体管的
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，引发了行业内对于延续这一规律的讨论。在2022年的IEEE Electron Device Society活动中，Fin-FET发明者胡正明教授和行业领导者如英特尔等公司展示了他们在延续摩尔定律方面取得的创新成果。
我们是否仍需更先进的晶体管？胡正明教授坚定的回答是肯定的。他给出了三个理由：首先，晶体管不断进步带来了前所未有的能力，如计算、高速通信、智能手机和人工智能；其次，它们广泛应用改变了科技、工业和科学，同时半导体技术可以高效使用少量材料并减少能源消耗；最后，从理论上讲，可以进一步降低信息处理所需能量，而其他大部分技术已经达到理论极限。
2030年目标：单芯片1万亿个晶体管
然而，研发新的晶体管并不容易，不仅经济成本高，而且技术挑战巨大。过去，每隔一段时间就有新的难题出现，比如动态功耗问题被CMOS解决，再到静态功耗问题被3D Fin-FET和多核处理器架构解决。
现在，业界正在采用新型3D CMOS结构环栅制造新型晶体管，并且研究非硅材料以改善短沟道效应的问题。此外，还有关于过渡金属硫化物作为通道材料的研究，以及全环绕栅极堆叠式纳米片结构利用厚度为三个原子单位的2D通道材料进行开关操作。
3D封装技术也是提升单个设备中晶体管数量的一个重要途径。英特尔在这方面取得了一些新进展，他们通过混合键合将互连间距微缩到3微米，并实现与系统级芯片连接相似的互连密度和带宽。此外，将多芯片互连中的无机材料替换传统金属，以适应不同厂商工艺要求，这样做既提高性能又增加兼容性。
尽管实现更多、高效率的晶体管需要大量资金投入，但企业如英特尔仍然持续投资于此领域，并对未来充满期待。预计从2023年到2030年，每个设备中将会拥有10倍于当前数目的1千亿个晶体管，即达到1万亿个。这不仅需要业界领袖持续创新，还可能彻底改变我们的世界形态。
