摩爾定律活不久了 CMOS電路被判“死刑”

　　Intel聯(lián)合創(chuàng )始人之一的戈登·摩爾提出了著(zhù)名的摩爾定律，50多年來(lái)這個(gè)黃金法則主導了硅基半導體的發(fā)展規律，Intel也是摩爾定律最堅定的捍衛者。不過(guò)從14nm節點(diǎn)開(kāi)始，依托于摩爾定律的Intel Tick-Tock戰略就已經(jīng)變了，升級周期從2年變成3年，14nm工藝實(shí)際上要戰四代處理器了。盡管Intel一直嘴硬說(shuō)摩爾定律未滅，但傳統半導體這幾年內確實(shí)面臨著(zhù)很大挑戰，IRDS(設備與系統國際路線(xiàn)圖)日前發(fā)布的一份報告則給CMOS電路判了死刑——2024年它就會(huì )終結了。

　　傳統CMOS集成電路將在2024年走到盡頭

　　IRDS(International Roadmap for Devices and Systems)是IEEE電子和電子工程師協(xié)會(huì )設立的一個(gè)組織，從1965年開(kāi)始每年都會(huì )發(fā)布一份半導體領(lǐng)域中技術(shù)路線(xiàn)圖，之前叫做ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)路線(xiàn)圖，去年被IEEE重命名為IRDS，這樣可以更全面地反應各種系統級新技術(shù)。

　　本年度的IRDS路線(xiàn)圖完整版要到11月份才會(huì )發(fā)布，現在發(fā)布是白皮書(shū)，但是這次的報告已經(jīng)足夠引起軒然大波了，因為它預測傳統CMOS電路在2024年就要終結了，這又是怎么回事呢?來(lái)看下EETimes的報道。

　　首先對半導體工藝發(fā)展不太了解的讀者建議先看看我們之前做過(guò)的一個(gè)科普文章：沙子做的CPU，憑什么賣(mài)那么貴?里面解釋了了半導體技術(shù)的一些術(shù)語(yǔ)，比如常見(jiàn)的xxnm工藝指的就是線(xiàn)寬，FinFET、FD-SOI則是指晶體管結構，Intel從22nm工藝、TSMC/三星/GF則是從16/14nm節點(diǎn)開(kāi)始使用FinFET工藝，今年的工藝會(huì )發(fā)展到10nm，下一代則是7nm，TSMC、三星還提出了5nm工藝路線(xiàn)圖，Intel這邊就比較謹慎，5nm進(jìn)展尚未公布。

　　IRDS中介紹的CMOS工藝路線(xiàn)圖

　　從IRDS路線(xiàn)圖中可以看到，2015年16/14nm節點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入FinFET工藝，一直到2021年下下代的5nm節點(diǎn)FinFET工藝都會(huì )存在，但是2019年就會(huì )開(kāi)始應用新的GAA(gate-all-around，環(huán)繞柵極)晶體管結果，2024年的4/3nm節點(diǎn)則會(huì )完全取代FinFET結構，這也是為什么這份報告出來(lái)之后引起熱議的原因，它代表著(zhù)傳統CMOS電路在2024年走到盡頭了。

　　從2024年開(kāi)始，未來(lái)的半導體工藝雖然還會(huì )有2.5nm、1.5nm線(xiàn)寬之分，但是再看下后面的紅字部分，這幾種新工藝的柵極距等指標是沒(méi)有變化的，也就是說(shuō)晶體管并不會(huì )一直縮小，在5nm節點(diǎn)就已經(jīng)沒(méi)啥變化了。

　　未來(lái)會(huì )使用新的材料、新的3D工藝繼續提升半導體技術(shù)

　　CMOS電路在2024年終結不代表半導體技術(shù)就沒(méi)有發(fā)展了，IRDS白皮書(shū)中也提到了新的發(fā)展方向，包括使用新的半導體材料和工藝，比如使用Ge(鍺)取代硅基半導體，它的電子遷移率比硅更高，電氣性能更好。還有就是3D工藝，這跟目前的NAND閃存發(fā)展過(guò)程有些相似，平面NAND閃存在16/15nm節點(diǎn)之后就步入瓶頸期，但是廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)了3D NAND閃存，未來(lái)的邏輯半導體芯片也會(huì )走上3D堆棧工藝。