英特爾繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律,為在2030年打造出萬億晶體管芯片鋪平道路
在IEDM 2022(2022 IEEE國際電子器件會議)上,英特爾發(fā)布了多項突破性研究成果,繼續(xù)探索技術(shù)創(chuàng)新,以在未來十年內(nèi)持續(xù)推進(jìn)摩爾定律,最終實現(xiàn)在單個封裝中集成一萬億個晶體管。英特爾的研究人員展示了以下研究成果:3D封裝技術(shù)的新進(jìn)展,可將密度再提升10倍;超越RibbonFET,用于2D晶體管微縮的新材料,包括僅三個原子厚的超薄材料;能效和存儲的新可能,以實現(xiàn)更高性能的計算;量子計算的新進(jìn)展。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202212/441283.htm
英特爾技術(shù)開發(fā)事業(yè)部副總裁兼組件研究與設(shè)計總經(jīng)理Gary Patton表示:“自人類發(fā)明晶體管75年來,推動摩爾定律的創(chuàng)新在不斷滿足世界指數(shù)級增長的計算需求。在IEDM 2022,英特爾展示了其前瞻性思維和具體的研究進(jìn)展,有助于突破當(dāng)前和未來的瓶頸,滿足無限的計算需求,并使摩爾定律在未來繼續(xù)保持活力。”
此外,為紀(jì)念晶體管誕生75周年,英特爾執(zhí)行副總裁兼技術(shù)開發(fā)總經(jīng)理Ann Kelleher博士將于IEDM 2022主持一場全體會議。屆時,Kelleher將概述半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新的路徑,即圍繞系統(tǒng)級戰(zhàn)略聯(lián)合整個生態(tài)系統(tǒng),以滿足世界日益增長的計算需求并以更有效的方式實現(xiàn)創(chuàng)新,從而以摩爾定律的步伐不斷前進(jìn)。此次會議將于太平洋標(biāo)準(zhǔn)時間12月5日周一上午9點45分(北京時間12月6日周二凌晨1點45分)開始,主題為“慶祝晶體管誕生75周年!摩爾定律創(chuàng)新的演進(jìn)”。
對滿足世界的無限計算需求而言,摩爾定律至關(guān)重要,因為數(shù)據(jù)量的激增和人工智能技術(shù)的發(fā)展讓計算需求在以前所未有的速度增長。
持續(xù)創(chuàng)新正是摩爾定律的基石。在過去二十年,許多里程碑式的創(chuàng)新,如應(yīng)變硅(strained silicon)、Hi-K金屬柵極(Hi-K metal gate)和FinFET晶體管,都出自英特爾組件研究團(tuán)隊(Intel’s Components Research Group)。這些創(chuàng)新在個人電腦、圖形處理器和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域帶來了功耗和成本的持續(xù)降低和性能的不斷增長。英特爾組件研究團(tuán)隊目前的路線圖上包含多項進(jìn)一步的研究,包括RibbonFET全環(huán)繞柵極(GAA)晶體管、PowerVia背面供電技術(shù)和EMIB、Foveros Direct等突破性的封裝技術(shù)。
在IEDM 2022,英特爾的組件研究團(tuán)隊展示了其在三個關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新進(jìn)展,以實現(xiàn)摩爾定律的延續(xù):新的3D混合鍵合(hybrid bonding)封裝技術(shù),無縫集成芯粒;超薄2D材料,可在單個芯片上集成更多晶體管;能效和存儲的新可能,以實現(xiàn)更高性能的計算。
英特爾組件研究團(tuán)隊所研發(fā)的新材料和工藝模糊了封裝和芯片制造之間的界限。英特爾展示了將摩爾定律推進(jìn)到在單個封裝中集成一萬億個晶體管的關(guān)鍵步驟,包括可將互聯(lián)密度再提升10倍的先進(jìn)封裝技術(shù),實現(xiàn)了準(zhǔn)單片(quasi-monolithic)芯片。英特爾還通過材料創(chuàng)新找到了可行的設(shè)計選擇,使用厚度僅三個原子的新型材料,從而超越RibbonFET,推動晶體管尺寸的進(jìn)一步縮小。
英特爾通過下一代3D封裝技術(shù)實現(xiàn)準(zhǔn)單片芯片:
● 與IEDM 2021上公布的成果相比,英特爾在IEDM 2022上展示的最新混合鍵合研究將功率密度和性能又提升了10倍。
● 通過混合鍵合技術(shù)將互連間距繼續(xù)微縮到3微米,英特爾實現(xiàn)了與單片式系統(tǒng)級芯片(system-on-chip)連接相似的互連密度和帶寬。
英特爾探索通過超薄“2D”材料,在單個芯片上集成更多晶體管:
● 英特爾展示了一種全環(huán)繞柵極堆疊式納米片結(jié)構(gòu),使用了厚度僅三個原子的2D通道材料,同時在室溫下實現(xiàn)了近似理想的低漏電流雙柵極結(jié)構(gòu)晶體管開關(guān)。這是堆疊GAA晶體管和超越硅材料的固有限制所需的兩項關(guān)鍵性突破。
● 研究人員還展示了對2D材料的電接觸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(electrical contact topologies)的首次全面分析,為打造高性能、可擴(kuò)展的晶體管通道進(jìn)一步鋪平道路。
為了實現(xiàn)更高性能的計算,英特爾帶來了能效和存儲的新可能:
● 通過開發(fā)可垂直放置在晶體管上方的存儲器,英特爾重新定義了微縮技術(shù),從而更有效地利用芯片面積。英特爾在業(yè)內(nèi)率先展示了性能可媲美傳統(tǒng)鐵電溝槽電容器(ferroelectric trench capacitors)的堆疊型鐵電電容器(stacked ferroelectric capacitors),可用于在邏輯芯片上構(gòu)建鐵電存儲器(FeRAM)。
● 業(yè)界首創(chuàng)的器件級模型,可定位鐵電氧化器件(ferroelectric hafnia devices)的混合相位和缺陷,標(biāo)志著英特爾在支持行業(yè)工具以開發(fā)新型存儲器和鐵電晶體管方面取得了重大進(jìn)展。
● 英特爾正在為打造300毫米硅基氮化鎵晶圓(GaN-on-silicon wafers)開辟一條可行的路徑,從而讓世界離超越5G和電源能效問題的解決更進(jìn)一步。英特爾在這一領(lǐng)域所取得的突破,實現(xiàn)了比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高20倍的增益,并在高性能供電指標(biāo)上打破了行業(yè)記錄。
● 英特爾正在超高能效技術(shù)上取得突破,特別是在斷電情況下也能保留數(shù)據(jù)的晶體管。對于三個阻礙該技術(shù)在室溫下完全實現(xiàn)并投入使用的障礙,英特爾的研究人員已經(jīng)解決其中兩個。
英特爾繼續(xù)引入新的物理學(xué)概念,制造用于量子計算的性能更強(qiáng)的量子位:
● 英特爾的研究人員加深了對各種界面缺陷(interface defects)的認(rèn)識,這些缺陷可能會成為影響量子數(shù)據(jù)的環(huán)境干擾(environmental disturbances),從而找到了儲存量子信息的更好方法。
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