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体育平台天博:中科院传来喜讯取得一项晶体管领域进展
2022-09-14 09:43:54 | 来源:天博体育官网app 作者:天博体育官网welcome

  很多芯片制造商都在想办法提高芯片性能,让指甲盖大小的芯片可以容纳更多的晶体管。可是由于芯片物理规则的限制,只能缓慢前行。要么是改变晶体管架构,要么是探索新的方向。

  而中科院传来了一则喜讯,在晶体管领域取得了一项新的进展。怎么回事呢?芯片领域有哪些前行方向呢?

  芯片是一个非常复杂的电子元器件,在制程工艺的发展下,不断提高性能。十几年前能实现微米芯片工艺,现在进入到了3nm。期间跨越十几代的工艺历程,每一次进步都是人类芯片工艺的里程碑。

  但是人类对芯片的探索还没有结束,未来的路依旧很遥远。三星实现了3nm的量产,台积电也会在下半年量产3nm,到2025年时还会量产2nm,再往下甚至还能突破1nm极限。

  然而越往下越难,而且会出现鱼和熊掌不可兼得的情况。什么意思呢?意思就是当芯片制造商取得性能提升的同时,也会受到功耗难以控制的情况。性能提升越大,功耗也会随之增长,所以功耗幅度和性能提升会成正比。

  但如果能从晶体管架构,材料等方面入手,改善晶体管的密度情况,兴许能取得意想不到的效果。关于晶体管领域的研究,中科院传来了喜讯。

  根据中科院微电子研究所公布的消息,其在a-IGZO晶体管领域取得进展,研究人员分析了a-IGZO晶体管的基本特性变化规律,优化了金属半导体接触,在研制双栅 a-IGZO 短沟道晶体管取得更优异的性能。

  需要知道的是,a-IGZO属于非晶铟镓锌氧化物,由于其特性优异,是完成高密度三维集成的最佳候选沟道材料之一。科研人员对a-IGZO展开研究是为了取得高密度三维集成的晶体管突破。

  简单来说a-IGZO对提升晶体管密度有一定的帮助,如果相应的研究成果从理论走向实践,并用于产业层面的话,或能让芯片的性能迈入新的阶段。

  大家都知道,芯片性能和晶体管是有很大关系的,晶体管作为可变电流开关,芯片可容纳晶体管数量越多,那么性能提升就越明显。

  拿麒麟9000处理器来说,这是台积电基于5nm工艺制程的芯片,集成晶体管数量为153亿根,比前一代的7nm麒麟990多出50亿根。这是通过改善芯片制程来实现的,从7nm到5nm,历经两代工艺更迭,才集成了额外的50亿根晶体管。

  但如果同样都是使用5nm制程,同类芯片又能有多大的晶体管密度提升呢?同类工艺制程或许难以实现,可要是从晶体管密度作为突破口的话,密度越大,可容纳的晶体管就能增多。

  基于这样的理论,a-IGZO或许能在未来被更多的科研人员关注,将其推上商业进程。目前中科院微电子正对这项晶体管材料进行探索,并取得了相应的进展。

  解决了晶体管的材料问题只是其一,芯片性能还会受晶体管架构的影响。采用怎样的晶体管架构决定了能否将晶体管材料性能发挥出来。

  目前市面上主流的晶体管架构主要采用FinFET(鳍式场效应晶体管),这是过去十年半导体行业主流的晶体管架构。但是发展到了5nm之后,再往下就很难靠FinFET满足静电控制的需求了。

  继续往下只会加剧漏洞现象,于是三星率先做出改变,其量产的3nm采用了GAA(全环绕栅极晶体管)架构。和三星不同,台积电需要到2025年才会用上GAA工艺,即将量产的3nm仍会采用FinFET。

  可以知道的是,三星选择的GAA晶体管架构有更明显的芯片性能提升,若未来能够配合a-IGZO晶体管材料发展,兴许能给芯片行业带来惊喜。

  新的晶体管材料和晶体管架构双管齐下,再配合芯片制造商的制程研究,以及未来ASML量产的新一代NA EUV光刻机,人类芯片工艺依然能创造新的奇迹。

  芯片制程的进步需要时间沉淀,不是一蹴而就的。别看现在三星能顺利量产3nm,但在此之前三星肯定是做了大量的准备。

  十年前人类迈入28nm制程时代,十年后进入到3nm,那么未来十年呢?我们无法预知将来,但不管前路如何漫长,都必须保持前行。

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