CMOS时代研发新方向

传统的硅基半导体技术形成了摩尔定律的基础，并在数十年来持续落实于产业界，如今它正日益成熟，业界也越来越迫切需要一种超越硅晶的新技术蓝图…

随着传统的CMOS微缩时代逐渐迈向尾声，工程师开始转向新的材料、制造技术、架构与结构；半导体产业协会(SEMICONDUCTOR Industry Association；SIA)日前也针对如何在未来几年内持续保有半导体技术创新，制定了一系列的研究重点。

SIA与半导体研究机构Semiconductor Research Corp. (SRC)共同研究，并发布了一份73页的报告，列出14个被确定为研究重点的领域。该列表中包括认知运算、互连技术、下一代制造和电源管理等项目。该报告并呼吁“针对传统硅基半导体以外的新技术进行强大的政府和产业投资”。

《半导体研究机会：产业愿景与方向》(Semiconductor Research Opportunities: An Industry Vision and Guide)是由七十多位贡献者历经九个月的时间撰写而成，包括来自半导体、航太与国防产业等领域的知名公司。参与的公司包括英特尔(Intel)、德州仪器(Texas INSTRUMENTS；TI)、高通(QUALCOMM)、IBM、美光(MICRON)、台积电(TSMC)、亚德诺(ADI)以及应材(Applied Materials)等公司。

该研究报告指出，传统的硅基半导体技术形成了摩尔定律(Moore’s Law)的基础，并在数十年来持续落实于产业界，如今它正日益成熟，业界也越来越迫切需要一种超越硅晶的新技术蓝图。

“在冯纽曼(von Neuman)运算领域所要求的进展，诸如低功耗、低电压、超越CMOS逻辑与存储器元件及其相关材料，”该报告中提到，“而在非von Neumann运算领域。新的存储器元素与材料也具有推动半导体产业前进与创新的潜力。”

SIA政府事务副总裁David Isaacs指出，这份报告旨在用于与决策者、业界代表和其他读者讨论，协助推动资助计划，以及为优先研究赞助计划提供建议。Isaacs说：“我们想试着勾勒出我们认为得以为半导体技术延续下一代创新的重要研究课题。”

CMOS微缩时代告终？

半导体产业观察家早已预言硅晶时代终将划下句点，因为克服与芯片电晶体数量倍增有关的实体挑战变得越来越艰巨，再也无法以可靠且具经济效益的方式实现。就在上周，致力于新版半导体技术蓝图的工程师发表了一份白皮书，预测传统的半导体微缩将在2024年终结。而在那之后，“将不再有足够的空间布局触点。”

然而，多位业界预言家也指出，各种不断推陈出新的元件类型、芯片堆叠和系统创新，都为持续提升运算性能以及降低功耗与成本带来了希望。

SIA总裁John Neuffer表示：“为了实现足以推动经济成长和社会转型的各种技术，我们的产业已将摩尔定律推向令人难以置信的极限。”

“而今，要维持在相同尺寸芯片上增加更多电晶体的突破性步伐，逐渐变得越来越具挑战性且十分昂贵，业界、学术界与政府必须加强研究伙伴关系，共同探索半导体创新的新领域，并促进新兴技术的持续成长。”

据统计，2016年全球半导体产业营收约为565亿美元，其中有15.5%用于研发，这一研发比重已较任何产业更高出许多。Issac表示，美国芯片公司投入研发的营收比重接近20%，是有产业中最高的。

英特尔的观点

英特尔负责制造、销售与行销的执行副总裁Stacy Smith在日前的部落格文章中强调，摩尔定律并不会在近期终结。他说，英特尔对于代7nm与5nm已经规划好发展蓝图了，未来将持续着眼于未来三个世代(约7-9年)的进展。

“没错，有一天我们可能会达到实体极限，但并不会在近期出现。”

SRC执行总监An Chen指出，这份报告的目的并不在于预测摩尔定律的终结，尽管不同的公司对此都有不同的定义，但它确实承认传统的尺寸微缩正逐渐减缓或即将结束，而无法继续推动产业前进。

“这份报告并未宣称任何定律或任何技术的结束，”Chen说，“但技术驱动力的结束已在业界持续几十年了。”

SRC是协调和监督由政府和产业资助的大学研究计划之技术研究联盟。Isaacs表示，该报告的出版是SIA为了扭转半导体技术投资不足的趋势做的一部份努力。