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摩尔定律的三种走向(181106) 精选

已有 5243 次阅读 2018-11-6 09:22 |个人分类:微电子|系统分类:科研笔记| 摩尔定律, 集成电路, 芯片技术

摩尔定律的三种走向(181106)

闵应骅

    中兴事件以来,中国集成电路行业的发展受到全国人民的关注。许多人群情激奋,恨不得马上自力更生,赶上先进。也有一些人认为现在的世界经济是一个综合体,一个国家不可能样样领先,需要时日。正好,本月IEEE Spectrum 2018/11月号,发表一个新闻,“3 DIRECTIONS FOR MOORE’S LAW”,我想对大家关心的这个问题有参考价值,特介绍于此。

    近年来晶体管尺寸日益减小已经成为一个昂贵而棘手的问题,,以致只剩4家逻辑芯片制造商继续在这个方向做数十亿美元的努力-----它们是全球晶圆(GlobalFoundries)、英特尔、三星和台积电。其他公司只是在观望。他们也许想:假如你有这笔钱,也许买俩智能手机,增加一些功能,照样提高性能,而不去考虑减小晶体管尺寸的事。

1)坏消息

    今年八月,全球晶圆叫停了芯片制造过程的一个顶尖开发项目。原来它计划移到7纳米节点,然后开始用超紫外光刻(EUV),以节省制造过程的花费。从而可以进一步开发更先进的5纳米甚至3纳米节点。在纽约州马尔他的8号设备,即使装备了2EUV,也未能成功。公司不得不卖了这EUV系统,回归到原来的制造者,即阿斯麦控股。全球晶圆首席技术官Gary Patton说:“我们完全从数字出发,对于尖端技术人员转去搞研究,那是一种侵蚀。”最后,公司决定回到盈利上来。

    全球晶圆不是唯一一家为新工艺奋斗的公司。英特尔今年早些时候透露,将到2019年才移到10纳米工艺。(英特尔的10纳米工艺基本上等价于其他公司的7纳米工艺。)

    2)好消息

    在台积电,7纳米已经过关。在9月,苹果高管们说,iPhone XX Max手机已经用了7纳米工艺生产的处理器。几个星期前,华为推出了他们自己的7纳米手机处理器,几周以后,该手机就推向了市场。这两家公司的芯片都是台积电生产的,台积电成了实际的胜利者。

    台积电今年4月开始7纳米技术产品的批量生产,而且其趋势看涨。台积电看到了跟随摩尔定律的好处(下图)。台积电主席Mark Liu 9月在台湾半导体会议上说:“工艺尺寸会继续走向3纳米和2纳米。”同时,其竞争者三星电子将在今年底或明年初推出商用7纳米产品。

台积电看到了跟随摩尔定律的好处.JPG

当然,7纳米并不是所有地方都是7纳米。达到这个边缘的厂家在扩展,新的厂家也在建设。根据世界工厂预测报告,半导体设备及材料协会说,花费在芯片制造设备的资金在2018年增长14%,达到628亿美元,而对新厂建设的投资4年内将达到170亿美元。

    3)审视

    实际上,究竟是谁需要这样不断缩小的尺寸?不爬摩尔定律这把梯子,还有许多办法可以提高性能。

    美国国防部高级研究计划局(DARPA)的电子复兴计划有一个6100万美元的项目,计划用几十年前的老生产过程制作3D单片集成芯片,以便和7纳米技术做比较。这个项目集中在明尼苏达州布卢明顿的SkyWater技术工厂,那是一个90纳米硅片生产厂。其技术是要在通常的CMOS芯片上面生产出碳纳米管的晶体管和电阻RAM存储器。SkyWater总裁Tom Sonderman说:“如果能像计划那样完成的话,尺寸就可以回到90纳米,在那基础上改进。”

另一个解决办法来自硅谷的Atomera公司,它开发了一种技术,提高晶体管速度,减少同一芯片上装置之间的可变性,并且,用保持其早期状态的办法提高了这些装置的可靠性。它让原子那么薄的氧层埋在晶体管硅面之下。Atomera把这个方法叫做米尔斯硅技术(MST),使芯片设计者可以不减小晶体管尺寸而提高晶体管性能。该公司的总裁和CEO Scott Biband说:“它可以用于所有不同的工艺节点,包括传统的模拟以及正在开发的新节点。”

中国大陆有中国的情况。我国现在还达不到和这些公司比试的程度,而且,我国基本上靠国家投资。国家投资无非是政府拿主意,请一些有识之士、千人,论证一番,就开干。但这事真是大事,必须慎重。几百上千亿的钱投下去了,成功则皆大欢喜;失败就骑虎难下了。我觉得可能还是按产业发展的规律办事更好一些。




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