隨著傳統(tǒng)的CMOS微縮時代逐漸邁向尾聲，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(Semiconductor Industry Association；SIA)日前也針對如何在未來幾年內(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。

《半導(dǎo)體研究機(jī)會：產(chǎn)業(yè)愿景與方向》(報告全文：Semiconductor Research Opportunities: An Industry Vision and Guide)是由七十多位貢獻(xiàn)者歷經(jīng)九個月的時間撰寫而成，包括來自半導(dǎo)體、航天與國防產(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)、臺積電(TSMC)、亞德諾(ADI)以及應(yīng)材(Applied Materials)等公司。

該研究報告指出，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，”該報告中提到，“而在非von Neumann運算領(lǐng)域。新的內(nèi)存元素與材料也具有推動半導(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(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微縮時代告終？

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)觀察家早已預(yù)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(guān)的實體挑戰(zhàn)變得越來越艱巨，再也無法以可靠且具經(jīng)濟(jì)效益的方式實現(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。”

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(jīng)濟(jì)成長和社會轉(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。”

據(jù)統(tǒng)計，2016年全球半導(dǎo)體產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)中最高的。

英特爾的觀點

英特爾負(fù)責(zé)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(qiáng)調(diào)，摩爾定律并不會在近期終結(jié)。他說，英特爾對于代7nm與5nm已經(jīng)規(guī)劃好發(fā)展藍(lán)圖了，未來將持續(xù)著眼于未來三個世代(約7-9年)的進(jìn)展。

“沒錯，有一天我們可能會達(dá)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(yù)測摩爾定律的終結(jié)，盡管不同的公司對此都有不同的定義，但它確實承認(rèn)傳統(tǒng)的尺寸微縮正逐漸減緩或即將結(jié)束，而無法繼續(xù)推動產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。

“這份報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)研究計劃之技術(shù)研究聯(lián)盟。Isaacs表示，該報告的出版是SIA為了扭轉(zhuǎn)半導(dǎo)體技術(shù)投資不足的趨勢做的一部份努力。