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朱軍山博士: 集成電路摩爾定律會(huì)失效嗎?

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2021-04-12

1965年,INTEL創(chuàng)始人戈登·摩爾在一篇論文中說,IC上可容納的晶體管數(shù)目,約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍,性能也將提升一倍,并且成本不變,這就是著名的摩爾定律。摩爾定律通過半個(gè)世紀(jì)的驗(yàn)證,一直與集成電路的發(fā)展相一致,單片集成電路   上晶體管的數(shù)目每隔二年即翻一倍,單位面積上集成的數(shù)目也以這個(gè)速度發(fā)展。

在半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程中,集成電路技術(shù)突破了一個(gè)又一個(gè)發(fā)展瓶頸,這些技術(shù)瓶頸在當(dāng)初普遍認(rèn)為是很難克服的,比如移相光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)等等,但最終這些復(fù)雜的問題都解決了,集成技術(shù)一步一步向前發(fā)展。

20世紀(jì)末期,當(dāng)集成電路最小線寬向90nm及更小尺寸邁進(jìn)時(shí),碰到了更為復(fù)雜的技術(shù)難題。這種尺寸離原子尺寸已經(jīng)越來越近,通常的生產(chǎn)設(shè)備上,對(duì)準(zhǔn)精度、定位精度的誤差遠(yuǎn)大于90nm, 甚至對(duì)地球本身的輕微震動(dòng)都會(huì)很敏感。

在強(qiáng)大的技術(shù)和資源推動(dòng)下,這些問題也慢慢得到解決,但是生產(chǎn)成本上升而成品率急劇下降,使這些技術(shù)的進(jìn)步到了得不償失的地步,因此相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步的步伐慢下來了,集成電路的發(fā)展又到了一個(gè)新的瓶頸,并且有人認(rèn)為摩爾定律已經(jīng)失效,未來集成電路的集成度不會(huì)再按摩爾定律發(fā)展,比如20094月,IBM的科學(xué)家卡爾·安德森指出,摩爾定律很快就會(huì)成為歷史,他認(rèn)為就像之前的火車、汽車和航空工業(yè)一樣,半導(dǎo)體工業(yè)也已經(jīng)相當(dāng)成熟,持續(xù)創(chuàng)新的速度也正在慢慢減緩,因此,摩爾定律很快失去效力。

阻礙芯片按摩爾定律發(fā)展的另一個(gè)技術(shù)問題是芯片功耗。由于越來越多的器件集成在更小的面積內(nèi),單位面積的熱量也成倍增加,在相同的散熱條件下,器件溫度也會(huì)成倍增加,因此TI數(shù)字信號(hào)處理器首席設(shè)師雷·西瑪也表示:“芯片性能成倍增加的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束?!?/span>

當(dāng)設(shè)計(jì)工程師和晶圓生產(chǎn)工程師對(duì)摩爾定律一片悲觀之時(shí),封裝工程師卻是另一種樂觀的聲音,由于多芯片封裝及系統(tǒng)級(jí)封裝等立體封裝技術(shù)的發(fā)展,使更多芯片被封裝在單個(gè)封裝體內(nèi),因此使單個(gè)封裝體內(nèi)器件性能成倍增加。這給摩爾定律的延續(xù)創(chuàng)造了新的方向。200911月在國際微電子封裝年會(huì)上,3D封裝成為人們的主要話題,超越摩爾定律成為封裝行業(yè)的一致認(rèn)同。半導(dǎo)體封裝方面的專家普遍認(rèn)為:封裝在一個(gè)獨(dú)立的集成電路內(nèi)的器件還會(huì)成倍增加,這種器件集成的速度可能比摩爾定律提出的發(fā)展速度更快。

因此,雖然摩爾定律在晶圓設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)過程中碰到了技術(shù)障礙,使器件集成度發(fā)展和線寬設(shè)計(jì)縮小進(jìn)度越來越小,但半導(dǎo)體芯片封裝和系統(tǒng)級(jí)封裝使摩爾定律的延續(xù)注入了新的活力??紤]這種因素,我們有理由認(rèn)為摩爾定律還會(huì)繼續(xù)下去。