回到2014年,,當時的行業(yè)正在籠罩在摩爾定律即將終結(jié)的陰影下,。彼時,IBM著手進行了一項雄心勃勃的,,耗資30億美元的項目——“ 7nm and Beyond ”。這項為期五年的研究項目的大膽目標是,,隨著減小芯片尺寸的物理學共同打擊計算技術,,該技術將如何在未來繼續(xù)發(fā)展。
六年后,,摩爾定律不再是一部和從前一樣的定律,。戈登·摩爾(Gordon Moore)的觀察(后來是整個行業(yè)的觀察)表明,芯片上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番,這種規(guī)律現(xiàn)在看來已經(jīng)成為過去式了,。但是,,我們?nèi)匀恍枰嬎惴矫娴膭?chuàng)新,“7nm and Beyond”項目已經(jīng)幫助滿足了這一持續(xù)的需求,。
“尋找新的設備架構(gòu)以實現(xiàn)設備的微縮,,以及尋找新的材料以實現(xiàn)性能差異的工作將永遠不會結(jié)束,” IBM高級邏輯與存儲技術研究,,半導體和AI硬件部門的主管Huiming Bu說 ,。
盡管芯片行業(yè)可能不會像過去那樣受到摩爾定律的束縛,但是“ 7nm and Beyond”項目已經(jīng)帶來了重要的創(chuàng)新,,盡管最近一些芯片制造商似乎在很多方面都表示沮喪年份,。
這種挫敗的一個例子是兩年前GlobalFoundries決定中止其7納米芯片的開發(fā)。
早在2015年,,即“ 7nm and Beyond”項目的一年,,IBM宣布了其首款7納米測試芯片,其中由ASML提供的 極紫外光刻(EUV)是一項關鍵技術,。盡管使用EUV的痛苦不斷增加,,結(jié)果是最富有的芯片制造商是唯一繼續(xù)進行其縮小規(guī)模的制造商,但此后,,它不僅成為7納米節(jié)點的關鍵實現(xiàn)技術,,而且成為了關鍵的實現(xiàn)技術。Huiming Bu說,,它適用于5納米及以上的節(jié)點,。
“在2014-2015年的時間窗口中,整個行業(yè)對EUV技術的實際可行性存在很大的疑問,,” Bu說,。“現(xiàn)在這不是問題?,F(xiàn)在,,EUV已成為主流推動者。當時,,我們基于EUV交付了第一款7納米技術,,這有助于建立對我們行業(yè)中EUV制造的信心和動力?!?/p>
當然,,EUV已經(jīng)啟用了7納米節(jié)點,但是IBM的目標是超越此范圍,。IBM認為,,實現(xiàn)超越FinFET的規(guī)模擴展的芯片基礎元素將是納米片晶體管,,有些人甚至認為這可能是摩爾定律的最后一步。
納米片似乎是FinFET架構(gòu)的替代品,,并有望實現(xiàn)從7納米和5納米節(jié)點到3納米節(jié)點的過渡,。在納米片場效應晶體管的體系結(jié)構(gòu)中,電流流經(jīng)被晶體管柵極完全圍繞的多個硅堆疊,。這種設計大大減少了在關閉狀態(tài)下可能泄漏的電流量,,從而允許在開關打開時使用更多電流來驅(qū)動設備。
Bu說:“ 2017年,,業(yè)界對FinFET之后的新器件結(jié)構(gòu)會是什么保留疑問”,。“三年之后,,整個行業(yè)正在追逐納米片技術,,并認為他們將成為FinFET之后的下一個器件結(jié)構(gòu)?!?/p>
晶體管和開關已經(jīng)取得了一些關鍵的進展,,但是“ 7nm and Beyond”項目也使人們對如何將所有這些晶體管和開關之上的布線發(fā)展到未來有了一些重要的見解。
IBM研究員Daniel Edelstein說:“我們的創(chuàng)新之一就是盡可能擴大銅線 ”,,Edelstein進一步指出:“與往常一樣,,最困難的部分只是在對這些極其微小和高大的溝槽進行圖案化,并用銅填充它們而沒有缺陷,?!?/p>
盡管使用銅存在挑戰(zhàn),但Edelstein認為該行業(yè)不會在不久的將來從銅轉(zhuǎn)向更奇特的材料,。Edelstein表示:“對于今天正在制造的產(chǎn)品,,銅肯定不會走到盡頭?!?/p>
他補充說:“幾家公司表示他們打算繼續(xù)使用它。因此,,我無法確切告訴您何時中斷,。但是我們已經(jīng)看到,所謂的阻力交叉點一直在推向未來,?!?/p>
盡管芯片尺寸,架構(gòu)和材料推動了“ 7nm and Beyond”項目的許多創(chuàng)新,,但Edelstein和Bu都指出,,人工智能(AI)在它們走向計算未來的方式中也起著關鍵作用……
“隨著AI,大腦啟發(fā)式計算和其他類型的非數(shù)字計算的出現(xiàn),,我們開始在研究級別開發(fā)其他設備,,特別是新興的存儲設備,,” Edelstein說。
Edelstein指的是新出現(xiàn)的存儲器設備中,,諸如相變存儲器(或 “ 憶阻器,,” 與一些其他引用它們),這被認為作為模擬計算設備,。
這些新的存儲設備的出現(xiàn)為思考傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲之上的潛在應用提供了一種復興,。研究人員正在構(gòu)想具有30年歷史的磁阻隨機存取存儲器(MRAM)的新角色,自MRAM首次亮相以來,,IBM一直在致力于這一工作,。
“ MRAM終于有了足夠的突破,不僅可以制造,,而且還滿足了與SRAM競爭系統(tǒng)緩存所需的各種要求,,這最終是一個圣杯,” Edelstein說,。
去年,,芯片設備制造商應用材料公司(Applied Materials)向客戶提供了實現(xiàn)這種改變的工具,這證明了將MRAM和其他非易失性存儲器(包括RRAM和相變存儲器)直接嵌入處理器的證據(jù),。
Bu表示,,IBM將繼續(xù)追求新設備,新材料和新計算架構(gòu)以實現(xiàn)更好的電源性能,。他還認為,,將各種組件集成到整體計算系統(tǒng)中的需求開始推動異構(gòu)集成的全新世界。
Bu補充說:“構(gòu)建這些異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將成為未來計算的關鍵,。這是受AI需求驅(qū)動的新創(chuàng)新策略,。”