摩尔定律的3个发展方向

过去几个月里出现了各种

关于芯片未来发展走向的信号

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近年来， 继续缩减晶体管特征尺寸变得越来越昂贵，越来越棘手。现今只有4家逻辑芯片制造商——格罗方德、英特尔、三星和台湾积体电路制造公司（台积电）——继续在这方面投入几十亿美元。这个行业的队伍在缩减，其余公司在计划退出。但是，不要认为摩尔定律将要过时。如果你有钱，可能手上有两部智能手机，它们就能证明摩尔定律的威力。无须再缩小体积就可改善性能的新方法即将出现。

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坏消息

格罗方德宣布暂停开发前沿芯片制造工艺。该公司曾计划转向7纳米节点，开始使用极紫外光刻（EUV），降低工艺成本，并且准备在那之后进一步开发容许5至3纳米节点的更先进光刻技术。尽管该公司已经在纽约马耳他的第8实验室安装了两台极紫外光刻机，但所有的计划现在都还不确定，该公司也可能把极紫外光刻系统退还制造商ASML Holding公司。

“我们都盯着数字。很明显，采用领先的东西，（投资回报率）会继续降低。” 格罗方德的首席技术官加里•帕顿（Gary Patton）说。最后，公司高管们选择了高利润。

格罗方德不是唯一跟新工艺纠结的公司。英特尔今年年初也透露，将其开发10纳米工艺的计划推迟到2019年。（英特尔的10纳米工艺大体相当于其他公司的7纳米工艺。）这就将该公司两个制造节点之间的时间间隔拉长到了5年。

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好消息

台积电的7纳米计划进展顺利。在一次活动中，苹果公司的高管表示，最新的iPhone Xs 和 Xs Max将成为首款采用7纳米制造技术处理器的智能手机。之前，华为技术有限公司介绍了自己的7纳米智能手机处理器，并在新款iPhone上市后的几周内，推出了7纳米处理器的手机。在这方面，台积电是真正的赢家，两家公司的芯片都是它生产的。

台积电也开始进行7纳米技术的批量生产，并计划更进一步。“尺寸继续缩减到3纳米、2纳米。”台积电董事长刘德音（Mark Liu）在台北举办的国际半导体展上对参展者说。同时，竞争对手三星将于2019年年初开始进行7纳米技术的商业化生产。

当然，并不是所有的竞争都围绕着7纳米工艺。推进更前沿技术的实验室正在扩张，一批新实验室正在建设中。根据行业协会——国际半导体产业协会（SEMI）发布的《世界晶圆厂预测报告》（“World Fab Forecast Report”），2018年，芯片制造设备开支将增长14%，达628亿美元，晶圆厂建设的投资将达到170亿美元，涨幅超过过去4年。

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另辟蹊径的消息

但是，谁真的需要缩小晶体管呢？除了让摩尔定律更上一个阶梯外，还有其他获得更佳性能的方法。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）为振兴电子工业，启动了一个6100万美元的项目，采用单片电路3D集成技术，利用几十年前的制造工艺生产芯片，该工艺将与7纳米技术一争高下。该项目以明尼苏达州布卢明顿的一家90纳米的硅厂——天水工艺铸造厂（SkyWater Technology Foundry）为中心。该技术采用的工艺可在普通的互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑芯片上构建碳纳米晶体管和电阻式随机存取存储器（RAM）。“如果所有计划都进展顺利，就好像又将标准制定成了90纳米，那我们就可以持续扩大生产规模了。”天水工艺总裁汤姆•桑德曼（Tom Sonderman）说。

还有一种解决方案来自总部位于硅谷的一家名为原子弹（Atomera）的公司。该公司开发了一种技术，能够提高晶体管的速率，降低同一芯片上不同器件的变异性，通过保持器件处于年轻状态，提高这些器件的可靠性。这将在晶体管硅层下面埋一层原子厚度的氧。原子弹公司希望这种被称为米尔斯硅技术（MST）的方法能够让芯片设计者无须缩减晶体管的体积就可改善系统的性能。“它可以在所有不同的工艺节点上使用，从早期的模拟到现在正在开发的均可。”该公司总裁兼首席执行官斯科特•比博（Scott Bibaud）说。