淺析摩爾定律的三個(gè)發(fā)展趨勢

中興事件以來，***集成電路行業(yè)的發(fā)展受到全國人民的關(guān)注。許多人***，恨不得馬上自力更生，趕上先進(jìn)。也有一些人認(rèn)為現(xiàn)在的世界經(jīng)濟(jì)是一個(gè)綜合體，一個(gè)國家不可能樣樣領(lǐng)先，需要時(shí)日。正好，本月IEEE Spectrum 2018/11月號(hào)，發(fā)表一個(gè)新聞，“3 DIRECTIONS FOR MOORE’S LAW”，我想對大家關(guān)心的這個(gè)問題有參考價(jià)值，特介紹于此。

近年來晶體管尺寸日益減小已經(jīng)成為一個(gè)昂貴而棘手的問題,，以致只剩4家邏輯芯片制造商繼續(xù)在這個(gè)方向做數(shù)十億美元的努力-----它們是全球晶圓（GlobalFoundries）、英特爾、三星和臺(tái)積電。其他公司只是在觀望。他們也許想：假如你有這筆錢，也許買倆智能手機(jī)，增加一些功能，照樣提高性能，而不去考慮減小晶體管尺寸的事。

（1）壞消息

今年八月，全球晶圓叫停了芯片制造過程的一個(gè)頂尖開發(fā)項(xiàng)目。原來它計(jì)劃移到7納米節(jié)點(diǎn)，然后開始用超紫外光刻（EUV），以節(jié)省制造過程的花費(fèi)。從而可以進(jìn)一步開發(fā)更先進(jìn)的5納米甚至3納米節(jié)點(diǎn)。在紐約州馬爾他的8號(hào)設(shè)備，即使裝備了2臺(tái)EUV，也未能成功。公司不得不賣了這EUV系統(tǒng)，回歸到原來的制造者，即阿斯麥控股。全球晶圓首席技術(shù)官Gary Patton說：“我們完全從數(shù)字出發(fā)，對于尖端技術(shù)人員轉(zhuǎn)去搞研究，那是一種侵蝕?！弊詈?，公司決定回到盈利上來?！?/p>

全球晶圓不是唯一一家為新工藝奮斗的公司。英特爾今年早些時(shí)候透露，將到2019年才移到10納米工藝。（英特爾的10納米工藝基本上等價(jià)于其他公司的7納米工藝。）

（2）好消息

在臺(tái)積電，7納米已經(jīng)過關(guān)。在9月，蘋果高管們說，iPhone X和X Max手機(jī)已經(jīng)用了7納米工藝生產(chǎn)的處理器。幾個(gè)星期前，華為推出了他們自己的7納米手機(jī)處理器，幾周以后，該手機(jī)就推向了市場。這兩家公司的芯片都是臺(tái)積電生產(chǎn)的，臺(tái)積電成了實(shí)際的勝利者。

臺(tái)積電今年4月開始7納米技術(shù)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，而且其趨勢看漲。臺(tái)積電看到了跟隨摩爾定律的好處（下圖）。臺(tái)積電主席Mark Liu 9月在***半導(dǎo)體會(huì)議上說：“工藝尺寸會(huì)繼續(xù)走向3納米和2納米?！蓖瑫r(shí)，其競爭者三星電子將在今年底或明年初推出商用7納米產(chǎn)品。

當(dāng)然，7納米并不是所有地方都是7納米。達(dá)到這個(gè)邊緣的廠家在擴(kuò)展，新的廠家也在建設(shè)。根據(jù)世界工廠預(yù)測報(bào)告，半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)說，花費(fèi)在芯片制造設(shè)備的資金在2018年增長14%，達(dá)到628億美元，而對新廠建設(shè)的投資4年內(nèi)將達(dá)到170億美元。

（3）審視

實(shí)際上，究竟是誰需要這樣不斷縮小的尺寸？不爬摩爾定律這把梯子，還有許多辦法可以提高性能。

美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）的電子復(fù)興計(jì)劃有一個(gè)6100萬美元的項(xiàng)目，計(jì)劃用幾十年前的老生產(chǎn)過程制作3D單片集成芯片，以便和7納米技術(shù)做比較。這個(gè)項(xiàng)目集中在明尼蘇達(dá)州布盧明頓的SkyWater技術(shù)工廠，那是一個(gè)90納米硅片生產(chǎn)廠。其技術(shù)是要在通常的CMOS芯片上面生產(chǎn)出碳納米管的晶體管和電阻RAM存儲(chǔ)器。SkyWater總裁Tom Sonderman說：“如果能像計(jì)劃那樣完成的話，尺寸就可以回到90納米，在那基礎(chǔ)上改進(jìn)?！?/p>

另一個(gè)解決辦法來自硅谷的Atomera公司，它開發(fā)了一種技術(shù)，提高晶體管速度，減少同一芯片上裝置之間的可變性，并且，用保持其早期狀態(tài)的辦法提高了這些裝置的可靠性。它讓原子那么薄的氧層埋在晶體管硅面之下。Atomera把這個(gè)方法叫做米爾斯硅技術(shù)（MST），使芯片設(shè)計(jì)者可以不減小晶體管尺寸而提高晶體管性能。該公司的總裁和CEO Scott Biband說：“它可以用于所有不同的工藝節(jié)點(diǎn)，包括傳統(tǒng)的模擬以及正在開發(fā)的新節(jié)點(diǎn)?！?/p>

***大陸有***的情況。我國現(xiàn)在還達(dá)不到和這些公司比試的程度，而且，我國基本上靠國家投資。國家投資無非是政府拿主意，請一些有識(shí)之士、千人，論證一番，就開干。但這事真是大事，必須慎重。幾百上千億的錢投下去了，成功則皆大歡喜；失敗就騎虎難下了。我覺得可能還是按產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律辦事更好一些。