近年来,关于摩尔定律是否还适用于当今的芯片制造业,专家们也是各发其言。如此来看,科技界的规则要在新时代失效了?正当我们疑惑之时,沉寂许久的计算技术界突然传来了一个好消息,来自劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将晶体管制程从14nm缩小到了1nm。
在集成电路领域中,特征尺寸的意识是指半导体器件中的最小尺寸。而在CMOS工艺中,特征尺寸的典型代表为“栅”的宽度,也就是MOS器件的沟道长度。一般人们在谈及CPU的更新换代的时候,也会讲到类似的话:特征尺寸越小,芯片的集成度就越高,性能越强,而功耗却越低。
纳米制造工艺是什么意思
所谓的多少nm指的是CPU上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度,简称栅长,栅长越短,代表在相同尺寸的硅片上能集成更多的晶体管,Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时,相对应的晶体管所占得的面积也随之减小了一半;同理,当芯片的晶体管集成度处于相当的情况下,使用更先进的制造工艺,带来的就是芯片面积和功耗会越小,而成本也就越低。
所以你很难想象到1nm到底有多小,以人类的头发举例,后者的宽度仅为约5万纳米。而体积的小,也很好的满足了未来轻薄化的需求。
突破物理材料限制
制程,它并不是无限制的缩小,当电晶体缩小到20纳米左右,量子物理问题截然而来,此时的电晶体出现漏电的现象,抵销缩小体积时获得的效益。
因为晶体管由三个终端组合而成,一个源极,一个漏极和一个门极。电流从源极流向漏极,此时流量由门极来控制,通过开启和断开对所施加的电压做出反应,此时电子将失去控制。为了改善这个问题,在传统的工艺中,虽说接触面只有一个,但是采用了FinFET(Tri-Gate)技术后,接触的面变的更加的立体,能够轻易的增加接触的面积,使Source-Drain端变得更小,对缩小尺寸有很大的帮助,也很好的减少因物理现象导致的漏电现象。
现有的晶体管制造
晶体管的制程大小一直是影响计算技术进步的重要因素。在集成电路领域中,晶体管越小,在同等体积的芯片上集成的越多,带来的结果就是处理器的性能和功耗得到巨大的进步。
从目前芯片的制造工艺来看,7nm已经是物理极限,一般当晶体管的大小低于7nm,它在物理形态上会非常的集中,从而产生量子隧穿效应,这给芯片制造工艺带来了巨大的挑战,就需要突破逻辑门电路设计。
早前,几家芯片巨头表示它们将寻找替代硅的新原料来制作7nm晶体管,现在劳伦斯伯克利国家实验室已经走在了前面。成功将制程微缩至1纳米,就是在于纳米碳管与二硫化钼(MoS 2)等材料的运用,是提升晶体管性能和延续摩尔定律的关键材料,也是此次研究成功的关键要素。
不过,这项研究仍处于初级阶段,毕竟现在芯片市场还是14nm制程统治着,加上14nm的芯片上就已超过了10亿多个晶体管,要想将晶体管缩小到1nm,大规模量产的话,困难还是比较大的。总而言之,该项研究具有非常重要的指导意义,而新材料的发现,将在未来发挥其重大力量,大大的提升计算机的运算能力,也让摩尔定律继续它的传奇预言。
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