制程工艺逼近极限 芯片将在中国超越摩尔定律

28nm、14nm、7nm、5nm、3nm……芯片巨头们都在追求更小的制程,芯片真的越小越好吗?制程工艺达到极限后还能怎么提升?

的确,更小工艺制程可以大幅提高晶体管的密度,会带来性能的大幅提升,同时带来更低的功耗。

但目前的3nm已基本接近工艺极限。在制程达到7nm以下之后,短沟道效应和量子遂穿效应会越来越明显,这将对工艺带来极大的挑战。

在6月9至11日的2021世界半导体大会暨南京国际半导体博览会上,中国科学院院士毛军发表示,芯片现在有两条路线,一个是延续摩尔定律,一个是绕道而行。

延续摩尔定律方面,当前,半导体大厂正通过工艺、结构、材料的精进做成新型器件,使得技术能够沿着摩尔定律继续往前走,但在这条路上,产业要克服的技术和成本难题有很多。

而所谓绕道而行,就是推动集成电路从单一同质、二维平面,发展到异质集成、三维立体,可以突破单一工艺集成电路的功能、性能极限,算是一种新的技术路径。

这一路径挑战也不会少,毛军发提出三个挑战,多物理调控,包括电磁、温度、应力;多性能协同,包括信号、电源完整性,热、力;多材质融合,包括硅、化合物半导体、金属等。这些方向的改变,似乎带来了更多的技术问题。

还有第三条路:超越摩尔定律。赛迪顾问股份有限公司副总裁李珂表示,手机和消费电子时代,信息产业一路遵循摩尔定律,形成了一种惯性:简单粗暴地靠速度、集成度、更高的工艺来解决问题。

而物联网正在崛起,相比消费互联网,这个市场所需的芯片用量远远大于消费电子,但是对芯片性价比的要求是更高的,主要是对芯片的制程和工艺要求比手机低很多,国际大厂在制程上追赶5nm、3nm,将摩尔定律逼至极限,但这些物联网的芯片甚至只需要28nm、45nm工艺水平,只是对芯片适配业务、适应场景的能力要求更高。

李珂认为,所谓超越摩尔,比拼的不再是技术上的先进,而是应变能力,比如在同样的线宽、同样工艺上实现价值最大化以及能否在不提升工艺的情况下提升性能。

而更重要的一点是,这条路径需要更庞大的市场和应用,比如大规模城镇化带来基础设施的增长,这在很多欧洲国家是无法做到的,但对中国来说恰恰是一个机遇。

李珂表示,机会就在中国,中国市场是一个超越摩尔定律的绝佳土壤,疫情的爆发和芯片的缺货,让全球意识到,中国有着大规模的人脸识别、语音识别的应用,甚至二维码的应用,背后都需要芯片,但并不需要太高的工艺技术。

制程工艺逼近极限 芯片将在中国超越摩尔定律

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