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纳电子时代摩尔定律还灵吗?(090915)

已有 3508 次阅读 2009-9-15 10:28 |个人分类:微电子|系统分类:科研笔记| 集成电路, 摩尔定律, 纳米电子

纳电子时代摩尔定律还灵吗?
闵应骅
     
     许多人对摩尔定律特别热衷,关心它能不能延续下去。摩尔定律说集成电路上的晶体管数每18-24月会翻一翻。四十年来的经验证明,摩尔定律一直是正确的。每一代集成电路都把晶体管的宽度和高度降低到1∕√2,单位面积的晶体管数就增加一倍。所以才有0.18→0.13→90nm→65nm→45nm→…。(0.18/√2=0.13)。但是,现在由微电子时代进入纳电子时代,集成电路加工工艺进入90纳米以后,摩尔定律以后还灵吗?

      纳米集成电路现在碰到的主要是两大问题:高速和能耗。在纳米集成电路制造过程中,由于线宽只有几个原子,生产过程的变差不可避免。制造出来,即使是好的,有的晶体管快,有的晶体管慢,线间还相互干扰。如果按最坏的情况来设计,高速芯片基本上做不出来。所以,我们才会有同一设计、同一批产品的CPU,有的可以工作在2.7G,有的是2G,有的只有1G。而速度和功耗又是互相矛盾的。对CMOS电路,工作频率越过,功耗就会大。例如用193nm的ArF准分子激光光刻很难做到几十纳米的精确度。不过,最近Intel称已将193nm沉浸式光刻技术延伸至15nm制程,至少已在实验室得到了实现。当材料加工达到原子级,随机性不可避免。例如,阈值电压的变化、晶体管门边缘的粗糙、绝缘层厚度的变化等。

     本人提出的布尔过程论就是为了做定时分析,其精度可以和SPICE媲美,而速度可以提高两个数量级。这是一种确定性的定时分析方法。但是,由于计算复杂性的原因,未被公司应用,甚至一些研究生也望而生畏。现在,Michael Orshansky和Wei-Shen Wang等人提出统计定时分析方法。统计方法是从宏观的角度,在生产过程和工艺参数已知的情况下,考虑和计算最大通路时间延迟的分布。这种方法并不从结构上确定某一条通路延迟是多少,而是从总体来看,某一种生产过程,能有多少芯片达到多少运行速率。这对改进设计和工艺过程都是有价值的。对于芯片测试和诊断效果也许会差些。至于摩尔定律是不是还灵,我不大在意。物理学家们所说的死限,我也不在乎。根据存在的实际问题,关注集成电路设计、测试、制造、封装技术的发展,恐怕更加现实一点。

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3 俞立 陈儒军 王勇

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