芯片業(yè)追尋后CMOS時(shí)代研發(fā)新方向

　　隨著傳統(tǒng)的CMOS微縮時(shí)代逐漸邁向尾聲，工程師開始轉(zhuǎn)向新的材料、制造技術(shù)、架構(gòu)與結(jié)構(gòu);半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(Semiconductor Industry Association;SIA)日前也針對(duì)如何在未來幾年內(nèi)持續(xù)保有半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新，制定了一系列的研究重點(diǎn)。

　　SIA與半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)Semiconductor Research Corp. (SRC)共同研究，并發(fā)布了一份73頁(yè)的報(bào)告，列出14個(gè)被確定為研究重點(diǎn)的領(lǐng)域。 該列表中包括認(rèn)知運(yùn)算、互連技術(shù)、下一代制造和電源管理等項(xiàng)目。 該報(bào)告并呼吁「針對(duì)傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體以外的新技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)大的政府和產(chǎn)業(yè)投資」。

　　《半導(dǎo)體研究機(jī)會(huì)：產(chǎn)業(yè)愿景與方向》(Semiconductor Research Opportunities: An Industry Vision and Guide)是由七十多位貢獻(xiàn)者歷經(jīng)九個(gè)月的時(shí)間撰寫而成，包括來自半導(dǎo)體、航天與國(guó)防產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的知名公司。 參與的公司包括英特爾(Intel)、德州儀器(Texas Instruments;TI)、高通(Qualcomm)、IBM、美光(Micron)、臺(tái)積電(TSMC)、亞德諾(ADI)以及應(yīng)材(Applied Materials)等公司。

　　該研究報(bào)告指出，傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體技術(shù)形成了摩爾定律(Moore’s Law)的基礎(chǔ)，并在數(shù)十年來持續(xù)落實(shí)于產(chǎn)業(yè)界，如今它正日益成熟，業(yè)界也越來越迫切需要一種超越硅晶的新技術(shù)藍(lán)圖。

　　「在馮紐曼(von Neuman)運(yùn)算領(lǐng)域所要求的進(jìn)展，諸如低功耗、低電壓、超越CMOS邏輯與內(nèi)存組件及其相關(guān)材料，」該報(bào)告中提到，「而在非von Neumann運(yùn)算領(lǐng)域。 新的內(nèi)存元素與材料也具有推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前進(jìn)與創(chuàng)新的潛力。 」

　　SIA政府事務(wù)副總裁David Isaacs指出，這份報(bào)告旨在用于與決策者、業(yè)界代表和其他讀者討論，協(xié)助推動(dòng)資助計(jì)劃，以及為優(yōu)先研究贊助計(jì)劃提供建議。 Isaacs說：「我們想試著勾勒出我們認(rèn)為得以為半導(dǎo)體技術(shù)延續(xù)下一代創(chuàng)新的重要研究課題。 」

　　CMOS微縮時(shí)代告終?

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)觀察家早已預(yù)言硅晶時(shí)代終將劃下句點(diǎn)，因?yàn)榭朔c芯片晶體管數(shù)量倍增有關(guān)的實(shí)體挑戰(zhàn)變得越來越艱巨，再也無(wú)法以可靠且具經(jīng)濟(jì)效益的方式實(shí)現(xiàn)。 就在上周，致力于新版半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖的工程師發(fā)表了一份白皮書，預(yù)測(cè)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體微縮將在2024年終結(jié)。 而在那之后，「將不再有足夠的空間布局觸點(diǎn)。 」

　　然而，多位業(yè)界預(yù)言家也指出，各種不斷推陳出新的組件類型、芯片堆棧和系統(tǒng)創(chuàng)新，都為持續(xù)提升運(yùn)算性能以及降低功耗與成本帶來了希望。

　　SIA總裁John Neuffer表示：「為了實(shí)現(xiàn)足以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)和社會(huì)轉(zhuǎn)型的各種技術(shù)，我們的產(chǎn)業(yè)已將摩爾定律推向令人難以置信的極限。 」

　　「而今，要維持在相同尺寸芯片上增加更多晶體管的突破性步伐，逐漸變得越來越具挑戰(zhàn)性且十分昂貴，業(yè)界、學(xué)術(shù)界與政府必須加強(qiáng)研究伙伴關(guān)系，共同探索半導(dǎo)體創(chuàng)新的新領(lǐng)域，并促進(jìn)新興技術(shù)的持續(xù)成長(zhǎng)。 」

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)營(yíng)收約為565億美元，其中有15.5%用于研發(fā)，這一研發(fā)比重已較任何產(chǎn)業(yè)更高出許多。 Issac表示，美國(guó)芯片公司投入研發(fā)的營(yíng)收比重接近20%，是有產(chǎn)業(yè)中最高的。

　　英特爾的觀點(diǎn)

　　英特爾負(fù)責(zé)制造、銷售與營(yíng)銷的執(zhí)行副總裁Stacy Smith在日前的部落格文章中強(qiáng)調(diào)，摩爾定律并不會(huì)在近期終結(jié)。 他說，英特爾對(duì)于代7nm與5nm已經(jīng)規(guī)劃好發(fā)展藍(lán)圖了，未來將持續(xù)著眼于未來三個(gè)世代(約7-9年)的進(jìn)展。

　　「沒錯(cuò)，有一天我們可能會(huì)達(dá)到實(shí)體極限，但并不會(huì)在近期出現(xiàn)。 」

　　SRC執(zhí)行總監(jiān)An Chen指出，這份報(bào)告的目的并不在于預(yù)測(cè)摩爾定律的終結(jié)，盡管不同的公司對(duì)此都有不同的定義，但它確實(shí)承認(rèn)傳統(tǒng)的尺寸微縮正逐漸減緩或即將結(jié)束，而無(wú)法繼續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。

　　「這份報(bào)告并未宣稱任何定律或任何技術(shù)的結(jié)束，」Chen說，「但技術(shù)驅(qū)動(dòng)力的結(jié)束已在業(yè)界持續(xù)幾十年了。 」

　　SRC是協(xié)調(diào)和監(jiān)督由政府和產(chǎn)業(yè)資助的大學(xué)研究計(jì)劃之技術(shù)研究聯(lián)盟。 Isaacs表示，該報(bào)告的出版是SIA為了扭轉(zhuǎn)半導(dǎo)體技術(shù)投資不足的趨勢(shì)做的一部份努力。