根據(jù)一份有關半導體發(fā)展藍圖的白皮書,，傳統(tǒng)的半導體制程微縮預計將在2024年前告終,；好消息是各種新型的元件,、芯片堆疊和系統(tǒng)創(chuàng)新仍持續(xù)使運算性能、功耗和成本受益…
根據(jù)致力于規(guī)劃新版半導體發(fā)展藍圖的工程師所提供的白皮書,，傳統(tǒng)的半導體制程微縮預計將在2024年以前告終,。值得慶幸的是，各種新型的元件,、芯片堆疊和系統(tǒng)創(chuàng)新,，可望持續(xù)使運算性能、功耗和成本受益,。
在國際元件與系統(tǒng)技術(shù)藍圖(International Roadmap for Devices and Systems,；IRDS)最新發(fā)表的一份白皮書中提到，“由于多間距,、金屬間距以及單元高度同時微縮,，使得晶粒成本迄今持續(xù)降低。這一趨勢將持續(xù)到2024年,?！?/p>
在2024年以后，該白皮書中提到,，“已經(jīng)沒有足夠的空間布局觸點,，加上接觸多間距(CPP)微縮導致性能退化的結(jié)果,，預計實體通道長度將因靜電程度惡化而在12nm飽和，CPP則在24nm飽和,，以保留足夠的電源密度(~11nm),，使元件觸點提供可接受的寄生效應?！?/p>
IRDS是首度于1965年發(fā)布的“國際半導體技術(shù)藍圖”(ITRS)之延伸版本,。去年五月，IEEE接手后將它重新命名為IRDS,，并擴展到涵蓋新型系統(tǒng)級技術(shù),。
IEEE預計將于11月在美國華府舉行的活動上正式發(fā)布IRDS的第一個版本。新的白皮書象征邁向更新版本的過渡階段,。
在ITRS時代的許多白皮書都在介紹傳統(tǒng)的研究,，例如CMOS微縮、新興元件與良率等,。只有幾篇論文能不落俗套地介紹一些新的領域,，例如系統(tǒng)互連，以及量子與神經(jīng)系統(tǒng)等新型運算,。
半導體芯片將自2021年起面臨實體尺寸限制的挑戰(zhàn)（來源：IRDS）
在所有的白皮書中，所謂的“后摩爾定律”(More Moore)在文章中有最詳盡的介紹,。它提供有關邏輯元件與存儲器元件尺寸與材料及其關鍵元件(如互連)的大量資訊,。
例如，在白皮書中預測,，F(xiàn)inFET可為實現(xiàn)高性能邏輯應用持續(xù)微縮到2021年,；然而，在2019年以后,，將開始轉(zhuǎn)向環(huán)繞式閘極(GAA)電晶體,，并可能轉(zhuǎn)向需要垂直納米線元件，屆時將會因為鰭片寬度微縮限制,，而不再有閘極長度微縮的空間,。”
該白皮書中并預測,，插入高遷移率材料(如鍺),，可望使“驅(qū)動電流提高一個數(shù)量級”。
它還預測,，隨著芯片制造商轉(zhuǎn)移到水平和垂直GAA電晶體,，“2019年以后的寄生效應將隨設計規(guī)則緊縮而成為主要的旋鈕，預計寄生效應將在關鍵路徑性能發(fā)揮更大影響力,?！?/p>
芯片堆疊和各種新興元件可望為CMOS以外的元件提高性能以及降低成本,。“業(yè)界必須追尋3D整合路徑,，如堆疊與單片3D (或序列整合),，以維持系統(tǒng)的性能與增加功率，同時保有成本優(yōu)勢,?！?IEEE研究員兼IRDS主席Paolo A. Gargini表示：“我們的研究團隊正致力于確認挑戰(zhàn)以及提議可能的解決方案，突破摩爾定律所定義的現(xiàn)有限制,?！?/p>
隨著芯片微縮，新的材料將需要保持性能和低功耗,。（來源：IRDS）
系統(tǒng)創(chuàng)新就在眼前...
這份白皮書的初步版本針對新系統(tǒng)架構(gòu)指出,，“針對摩爾定律的限制，許多組織均根據(jù)新的元件實體提出補救措施,。代表性的新元件包括神經(jīng)形態(tài)電路,、量子位元與自旋電子學等等。這些新的元件代表大幅擴展以往關注于CMOS與微處理器的領域…明顯偏離了現(xiàn)有的發(fā)展路徑,?！?/p>
為了實現(xiàn)這種新架構(gòu)，該發(fā)展藍圖還包括有關于應用基準的新部份,，標示出11個值得追蹤的領域,，廣泛地涵蓋運算方式等。
針對系互連部份則廣泛探討有線與無線連接的挑戰(zhàn),，包括為先進的RF電路“增加鍺和三五族(III-V)材料的使用,，并將其整合于硅基的CMOS平臺上?！?/p>
數(shù)據(jù)中心“則需要緊密型低成本功率光子元件以及緊密型布線電路的開發(fā),。”
半導體開發(fā)藍圖預期未來各種不同的運算方式將遍地開花（來源：IRDS）
最后還探討了確保新興物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將采取“需要耦合軟件與硬件的新方法”,。有趣的是,，在預測CMOS微縮的部份，也預期英特爾(Intel)最近發(fā)布的3D XPoint將會是新一代的儲存類存儲器之一,。
“盡管細節(jié)部份仍然不足,，但據(jù)推測，基于硫族化物的相變材料閾值切換(OTS)特性構(gòu)成了選擇器元件的核心,?！?/p>