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摩爾定律“壽終正寢” 半導體行業發展靠什么?

—— 摩爾定律“壽終正寢” 半導體行業發展靠石墨烯還是量子計算?
作者: 時間:2016-02-18 來源:新浪科技 收藏
編者按:通過新材料、不同的量子效應,甚至超導等不可思議的新技術,半導體行業或許能繼續像以往一樣提高芯片集成度。

  《自然》雜志刊文稱,將于下月發布的下一份半導體技術路線圖將采用完全不同的方法。早在2014年,國際半導體技術路線圖組織已經決定,下一份路線圖將不再依照?! ?/p>本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201602/287058.htm

 在“患病多年”后,于51歲“壽終正寢”。

  1965年,英特爾聯合創始人戈登-摩爾(Gordon Moore)觀察到,集成電路中的元件集成度每12個月就能翻番。此外,確保每晶體管價格最低的單位芯片晶體管數量每12個月增長一倍。1965年,單位芯片50個晶體管可以帶來最低的每晶體管成本。摩爾預計,到1970年,單位芯片可集成1000個元件,而每晶體管成本則將下降90%。

  在對數據進行提煉和簡化之后,這一現象就被稱作“”:單位芯片晶體管數量每12個月增長一倍。

  摩爾的觀察并非基于任何科學或工程原理。這僅僅反映了行業發展趨勢。然而,在隨后的發展中,半導體行業并沒有將摩爾定律當作描述性、預測性的觀察,而是視為規定性、確定性的守則。整個行業必須實現摩爾定律預測的目標。


計算設備體積隨著半導體工業發展呈指數式縮小


  計算設備體積隨著半導體工業發展呈指數式縮小

  然而,實現這一目標無法依靠僥幸。芯片開發是一個復雜過程,需要用到來自多家公司的機械、軟件和原材料。為了確保所有廠商根據摩爾定律制定同樣的時間表,整個行業遵循了共同的技術發展路線圖。由英特爾、AMD、臺積電、GlobalFoundries和IBM等廠商組成的行業組織半導體協會從1992年開始發布這樣的路線圖。1998年,半導體行業協會與全球其他地區的類似組織合作,成立了“國際半導體技術路線圖”組織。最近的一份路線圖于2013年發布。

  摩爾定律提出的預測早在很久之前就已出現過問題。1975年,摩爾本人更新了摩爾定律,將半導體行業的發展周期從12個月增加至24個月。在隨后30年中,通過縮小芯片上元件的尺寸,芯片發展一直遵循著摩爾定律。

  摩爾定律的終結


50年來芯片晶體管和工作頻率的指數式增長(注:縱坐標為對數坐標)


  50年來芯片晶體管和工作頻率的指數式增長(注:縱坐標為對數坐標)

  然而到00年代,很明顯單純依靠縮小尺寸的做法正走到尾聲。不過,通過其他一些技術,芯片的發展仍然符合摩爾定律的預測。在90納米時代,應變硅技術問世。在45納米時代,一種能提高晶體管電容的新材料推出。在22納米時代,三柵極晶體管使芯片性能變得更強大。

  不過,這些新技術也已走到末路。用于芯片制造的光刻技術正面臨壓力。目前,14納米芯片在制造時使用的是193納米波長光。光的波長較長導致制造工藝更復雜,成本更高。波長13.5納米的遠紫外光被認為是未來的希望,但適用于芯片制造的遠紫外光技術目前仍需要攻克工程難題。

  即使遠紫外光技術得到應用,目前也不清楚,芯片集成度能有多大的提高。如果縮小至2納米,那么單個晶體管將只有10個原子大小,而如此小的晶體管可靠性很可能存在問題。即使這些問題得到解決,功耗也將繼續造成困擾。隨著晶體管的連接越來越緊密,芯片功耗將越來越大。


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關鍵詞: 摩爾定律 石墨烯

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