“FinFET之后，所謂的14nm、10nm、7nm、5nm工藝只是一個數(shù)字，其實它根本不是半導體的線寬。所以我們的發(fā)展還沒有到半導體行業(yè)的極限值。”說這話的是海思平臺與關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)部部長夏禹女士。
雖說在今年的CDNLIVE上，夏禹女士為摩爾定律站臺，表示摩爾定律還會持續(xù)不斷的推動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但她也承認先進半導體工藝技術(shù)目前只空有數(shù)字，用另一種方式來呼應摩爾定律。關(guān)于摩爾定律到底是死是活問題，在過去幾年一直爭論不休，很顯然，如今處于“薛定諤的摩爾定律”時代。
遙想50幾年前，時任仙童半導體研發(fā)總監(jiān)的戈登·摩爾給集成電路行業(yè)算了一卦：“集成電路上被集成的晶體管數(shù)目，將以12個月翻一翻的速度增長?！边@就是所謂的摩爾定律，10年后該定律得到進一步修正，改為晶體管的數(shù)目增長每兩年增加一倍。給人印象最深的當屬集成電路中單個晶體管的價格，從上世紀六七十年代的1美元飛流直下，到了二十一世紀，單個晶體管價格僅為1美元的千萬分之一。
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在享受科技大爆炸所帶來便利的同時，摩爾定律似乎有點撐不下去了，畢竟這定律里講的是“增加一倍”。隨著基數(shù)越來越大，這一倍的增長速度似乎走的有些艱難。
說著說著就死了？
整個行業(yè)在2005年就觀察到摩爾定律失效的征兆，那時研究人員開始擔心計算機芯片太熱，芯片的熱功率將很快趕上太陽表面的熱功率。
除此之外，認為摩爾定律都到盡頭的還有臺積電創(chuàng)始人張忠謀，在2017年的TSMC 30周年慶高峰論壇上，他表示：“Intel聯(lián)合創(chuàng)始人戈登摩爾所判斷的‘大約每兩年，晶體管密度就會增加1倍’的說法在2025年將遇到極大的挑戰(zhàn)。”
說死摩爾定律的最佳代表就是黃仁勛，去年的NVIDIA GTC China大會上，黃仁勛開場就語出驚人：“設計人員無法再創(chuàng)造出可以實現(xiàn)更高指令級并行性的CPU架構(gòu)。晶體管數(shù)每年增長50%，但CPU的性能每年僅增長10%。摩爾定律已經(jīng)終結(jié)！”
今年，黃仁勛在美國加州圣何塞舉辦了其第10屆年度圖形處理器（GPU）技術(shù)大會（GTC），又表達了一次這個觀點。不僅如此，他還將GPU捧上了天，認為GPU的發(fā)展遵循一種新的“超動力”定律。不知道后人會不會因此把GPU發(fā)展過程定為“黃氏定律“，亦或者叫“皮夾克定律”。
不過去年英特爾對摩爾定律死否會失效的問題，堅定的給出兩個字的回答——不會！
摩爾定律的掙扎
早期，集成芯片性能的提升需要在芯片上添加更多的電子元件。想要實現(xiàn)這一目標看似簡單，只要將包含了電子元件的各類應用程序進行可靠且廉價的打包即可。但是這種做法的結(jié)果是使得集成芯片變得越來越大，也越來越復雜。在上世紀 70 年代初期，為了解決這一問題，微處理器誕生了。
上世紀80年代到90年代初期，出現(xiàn)了4M DRAM，而到了 1992 年 16-MB DRAM 也出現(xiàn)了。每一次進化都意味著集成芯片的工作能力變得更強大，因為在不增加成本的情況下單個芯片中所能包含的晶體管變得越來越多。
到了90年代以后，我們開始自然的選擇“縮減”這個套路來延續(xù)摩爾定律。并且每當工藝尺寸縮小時，都會有一些美好的事情發(fā)生——比如芯片處理速度的提升為功耗的降低提供了相應的空間，從而自然地對發(fā)熱量進行控制。
但到了二十一世紀后，工藝制程發(fā)展到了90nm以下時，這種增益效應就開始不再明顯。制造商們發(fā)現(xiàn)，電子在硅電路中跑得愈快，芯片就愈熱。
“聰明”的制造商們開始不再提升主頻，以這種限速的方法來控制熱量產(chǎn)生。此外，為了解決限速的問題，芯片商開始使用多核芯片的思路。從理論上講，內(nèi)置4顆250MHz的芯片和單顆1GHz的芯片在處理速度上是一致的，但在現(xiàn)實中，想要用4顆處理器協(xié)同運算就意味著需要把單一任務分成八個部分來處理。而對于許多任務來說這一拆分過程也是十分困難的。
然而再過去的10來年，芯片的光刻工藝變得越來越復雜，制造成本在不斷的提升。雖說晶體管的體積每年都在縮小，但越來越貴了。
摩爾定律前方是星辰大海
2016年，美國團隊就宣布研制出的1納米晶體管。不過據(jù)研究團隊介紹，這個研究還處于一個很早期的階段。實驗室團隊還沒有一個可行性方案大批量制造。
不過3nm芯片似乎已經(jīng)有了苗頭，在今年3月1日，納米電子與數(shù)字技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新中心imec與Cadence聯(lián)合宣布，業(yè)界首款3nm測試芯片已成功流片。該項目采用EUV技術(shù)，193浸沒式（193i）技術(shù)規(guī)則。
其實科研人員已經(jīng)不單關(guān)注芯片制造技術(shù)，開始將眼光放到半導體材料上。比如：銻化銦和銦鎵砷化合物等。在許多備選材料中，二維材料“石墨烯”被看好。這種自旋電子材料通過翻轉(zhuǎn)電子自旋來計算，而不是通過移動電子。這種“毫伏特”量級(操作電壓比“伏特”量級的晶體管要低得多)的電子開關(guān)比硅材料開關(guān)的速度更快，而且發(fā)熱量更小。
斯坦福大學的電氣工程師Subhasish Mitra和他的同事在兩年前就已經(jīng)開發(fā)出用碳納米管將3D存儲單元層連接起來的辦法，這些碳納米管承載著層間的電流。 該研究小組認為，這樣的體系結(jié)構(gòu)可以將能耗降低到小于標準芯片的千分之一。
當然還有一種被業(yè)內(nèi)人士看好的神秘技術(shù)——量子計算。
如果單從最近幾年發(fā)展來看，夏禹女士在前幾天的CDNLIVE上表示：“未來五年內(nèi)，云計算、邊緣計算等都會撬動一個200億美金的新興市場。PC也會發(fā)生最大的變革，它將和手機在一起，形成個人智慧中心。這背后巨大的增長來自摩爾定律持續(xù)發(fā)展，在強大的市場下，整個產(chǎn)業(yè)都會聚焦推動摩爾動律往前發(fā)展?！?
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