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芯片業(yè)追尋后CMOS時代研發(fā)新方向

隨著傳統(tǒng)的CMOS微縮時代逐漸邁向尾聲，工程師開始轉向新的材料、制造技術、架構與結構;半導體產業(yè)協(xié)會(Semiconductor Industry Association;SIA)日前也針對如何在未來幾年內持續(xù)保有半導體技術創(chuàng)新，制定了一系列的研究重點。

SIA與半導體研究機構Semiconductor Research Corp. (SRC)共同研究，并發(fā)布了一份73頁的報告，列出14個被確定為研究重點的領域。 該列表中包括認知運算、互連技術、下一代制造和電源管理等項目。 該報告并呼吁「針對傳統(tǒng)硅基半導體以外的新技術進行強大的政府和產業(yè)投資」。

《半導體研究機會：產業(yè)愿景與方向》(Semiconductor Research Opportunities: An Industry Vision and Guide)是由七十多位貢獻者歷經九個月的時間撰寫而成，包括來自半導體、航天與國防產業(yè)等領域的知名公司。 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)、臺積電(TSMC)、亞德諾(ADI)以及應材(Applied Materials)等公司。

該研究報告指出，傳統(tǒng)的硅基半導體技術形成了摩爾定律(Moore’s Law)的基礎，并在數(shù)十年來持續(xù)落實于產業(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藍圖。

「在馮紐曼(von Neuman)運算領域所要求的進展，諸如低功耗、低電壓、超越CMOS邏輯與內存組件及其相關材料，」該報告中提到，「而在非von Neumann運算領域。 新的內存元素與材料也具有推動半導體產業(yè)前進與創(chuàng)新的潛力。 」

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

CMOS微縮時代告終?

半導體產業(yè)觀察家早已預言硅晶時代終將劃下句點，因為克服與芯片晶體管數(shù)量倍增有關的實體挑戰(zhàn)變得越來越艱巨，再也無法以可靠且具經濟效益的方式實現(xiàn)。 就在上周，致力于新版半導體技術藍圖的工程師發(fā)表了一份白皮書，預測傳統(tǒng)的半導體微縮將在2024年終結。 而在那之后，「將不再有足夠的空間布局觸點。 」

然而，多位業(yè)界預言家也指出，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：「為了實現(xiàn)足以推動經濟成長和社會轉型的各種技術，我們的產業(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、學術界與政府必須加強研究伙伴關系，共同探索半導體創(chuàng)新的新領域，并促進新興技術的持續(xù)成長。 」

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

英特爾的觀點

英特爾負責制造、銷售與營銷的執(zhí)行副總裁Stacy Smith在日前的部落格文章中強調，摩爾定律并不會在近期終結。 他說，英特爾對于代7nm與5nm已經規(guī)劃好發(fā)展藍圖了，未來將持續(xù)著眼于未來三個世代(約7-9年)的進展。

「沒錯，有一天我們可能會達到實體極限，但并不會在近期出現(xiàn)。 」

SRC執(zhí)行總監(jiān)An Chen指出，這份報告的目的并不在于預測摩爾定律的終結，盡管不同的公司對此都有不同的定義，但它確實承認傳統(tǒng)的尺寸微縮正逐漸減緩或即將結束，而無法繼續(xù)推動產業(yè)前進。

「這份報告并未宣稱任何定律或任何技術的結束，」Chen說，「但技術驅動力的結束已在業(yè)界持續(xù)幾十年了。 」

SRC是協(xié)調和監(jiān)督由政府和產業(yè)資助的大學研究計劃之技術研究聯(lián)盟。 Isaacs表示，該報告的出版是SIA為了扭轉半導體技術投資不足的趨勢做的一部份努力。