為了拯救美國半導體,英特爾創始人留下哪些“錦囊妙計”?

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為了拯救美國半導體,英特爾創始人留下哪些“錦囊妙計”?

來源:娛樂大起底 釋出時間:2023-04-04 11:00

圖為英特爾創始人戈登·摩爾生前在接受採訪

文 / 馮錦鋒

摩爾是一代傳奇。

摩爾定律則是傳奇中的傳奇。

從2010年以來,全球半導體產業界都在關心同一個話題:摩爾定律何時走到頭?摩爾定律垂垂老矣,是唱衰摩爾定律的經典論調。

28奈米量產時,業界以為10奈米是矽基晶片的極限,這也意味著10奈米時摩爾定律會壽終正寢。

14奈米時,業界以為7奈米是極限。

10奈米時,業界以為矽基最多做到3奈米。

今天台積電3奈米了,並貯備了2奈米和1奈米工藝。

在2017年6月,美國國防高階研究計劃局(DARPA)微系統技術辦公室公佈推出新的電子中興計劃(ERI,Electronics Resurgence Initiative)。美國電子中興計劃的主要目的,是擔心半導體技術越朝前發展,摩爾定律越有失效的危險。

電子中興計劃,某種意義上就是現實版本的“挽救半導體大兵摩爾”。老摩爾定律馳騁全球半導體戰場50餘年了,今天碰到了能否繼承生存下去的“生命危險”。而美國是一等大兵摩爾的外家和大本營,責無旁貸地要聯合臺積電、三星、ASML這些強盛外助,團結美國海內一切可以團結的大學、研究所、企業、國防力量,一起挽救大兵摩爾。

老摩爾當年還真的留下了錦囊。這個錦囊,就是美國電子中興計劃反覆強調的“Page3”。摩爾在1965年初上半導體戰場時,發表了《讓積體電路填滿更多元件》(Cramming More Components onto Integrated Circuits)宣言。在這個宣言的第1頁、第2頁,闡述了被半導體世界廣泛推崇的“摩爾定律”,即“當價格不變時,積體電路上可容納的元器件的數量,約每隔18-24個月便會增加一倍,機能也將晉升一倍。在摩爾宣言的第3頁,大兵摩爾早在50多年前,就闡述了一旦情況緊急時子弟挽救他的突圍路線:(1)最佳化晶片架構,(2)最佳化晶片設計,(2)改用更合適的材料,(4)高度整合。

2016年,美國半導體行業協會(SIA)會同美國半導體研究同盟(SRC)一起組織全球科學家對未來半導體發展方向進行了深度探討,形成了晶片從基礎階段到應用的八層架構。其中,構成底層的4層與老摩爾1965年提出的4條突圍路線有異曲同工之妙。

圖 科學家對半導體層級劃分 資料來源:美國半導體行業協會

解救摩爾是全球的挑戰,也是所有參與者包括中國的機遇。摩爾的全部突圍之路,也即是中國作為半導體後進國家趕超歐美的主攻方向。對中國詳細啟發包括:

1、材料

現在業內最熱的是碳化矽等化合物半導體材料,其在功率器件上有很好的機能表現,但並非替換矽基的合適材料。

世界範圍內的科學家普遍在探索“超CMOS”(beyond-CMOS)材料和器件。美國微納電子研究中央(NRI)專注於陡坡低功耗電晶體,自旋電子材料和器件,2D材料(例如石墨烯和二維過渡金屬硫化物)和器件,以及多鐵性材料和器件。歐洲IMEC在研究一系列陡坡器件(譬如地道場效應電晶體FET),自旋電子器件,以及RRAM和STTRAM。日本國立產業科學技術研究所(AIST)的電子部則在探索奈米電子學、光子學、進步前輩製造、自旋電子學、柔性電子學,以及無處不在的MEMS和微製造技術等,化學部則在研究奈米材料、碳奈米管應用、進步前輩功能材料的計算設計等。

2、基礎架構

探討中的新型晶片架構必需向前看,適應新興的器件技術、新材料、新的製造方案以及新的應用驅動需求,可能會實現多值邏輯(例如模擬和量子計算)和訊號權重和收斂(例如神經網路和神經形態計算)。

在研究新型基礎架構時,需要考慮使用新型金屬和複合材料,替換現有的(Cu)金屬;需要考慮金屬通孔以外的底層之間的新型互連(例如光互聯、等離子體互連、基於自旋的互連)。

3、設計

從更高效能的EDA工具入手,智慧設計(IDEA)是一個突圍方向。目標是建立一個佈線圖智慧生成器,使沒有電子設計專業知識的使用者能夠在24小時內完成電子硬體的物理設計,籠蓋混合訊號積體電路、系統級封裝和印刷電路板等全領域。從整個晶片設計週期看,目標將從零開始數年完成一個產品推向市場的當前週期,縮短為數月以內。

在2018年8月的深圳積體電路工業峰會上,美國鍇橙公司(Cadence)曾先容其是美國電子中興計劃第一批入選專案的最大的承擔者。這表明,要革命性地晉升晶片機能,設計工具可能是最佳的切入口。

4、整合

美國計劃透過三維單片片上系統(3DSoC)計劃,開發3D單片技術,使SoC的機能進步50倍。2022年3月,英特爾、AMD、ARM、高通、臺積電、三星、日月光、谷歌、META、微軟等十大巨頭成立了CHIPLET尺度同盟,旨在定義一個開放的、可互操作的尺度,用於將多個矽晶片(或芯粒)透過進步前輩封裝的形式組合到一起。這對中國意義不凡,目前部門先進裝置被封閉情況下,工藝節點被限制,採用類似進步前輩封裝方式進行機能快速晉升是較可行方案。

同時,我們也要掌握晶片製造業追趕的機會。在美國電子中興計劃第一批入選專案中,一項稱為“利用緻密細粒度的單片三維整合技術徹底改革計算系統”的專案雄心勃勃:團隊計劃利用單片三維整合系統,使傳統工藝(90-28奈米級別)所製造的晶片能與目前最進步前輩技術所製造的晶片相媲美。若如斯,大陸大量12英寸28-90奈米的存量生產線,也有得與臺積電7-16奈米工藝一戰之力。

本文為紀念摩爾先生三篇原創文章的第三篇,全部內容見於馮錦鋒博士與蓋添怡女士合著《芯鏡》(2023年),如轉載或引用本文內容,請標明出處,謝謝!

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圖為英特爾創始人戈登·摩爾生前在接受採訪

文 / 馮錦鋒

摩爾是一代傳奇。

摩爾定律則是傳奇中的傳奇。

從2010年以來,全球半導體產業界都在關心同一個話題:摩爾定律何時走到頭?摩爾定律垂垂老矣,是唱衰摩爾定律的經典論調。

28奈米量產時,業界以為10奈米是矽基晶片的極限,這也意味著10奈米時摩爾定律會壽終正寢。

14奈米時,業界以為7奈米是極限。

10奈米時,業界以為矽基最多做到3奈米。

今天台積電3奈米了,並貯備了2奈米和1奈米工藝。

在2017年6月,美國國防高階研究計劃局(DARPA)微系統技術辦公室公佈推出新的電子中興計劃(ERI,Electronics Resurgence Initiative)。美國電子中興計劃的主要目的,是擔心半導體技術越朝前發展,摩爾定律越有失效的危險。

電子中興計劃,某種意義上就是現實版本的“挽救半導體大兵摩爾”。老摩爾定律馳騁全球半導體戰場50餘年了,今天碰到了能否繼承生存下去的“生命危險”。而美國是一等大兵摩爾的外家和大本營,責無旁貸地要聯合臺積電、三星、ASML這些強盛外助,團結美國海內一切可以團結的大學、研究所、企業、國防力量,一起挽救大兵摩爾。

老摩爾當年還真的留下了錦囊。這個錦囊,就是美國電子中興計劃反覆強調的“Page3”。摩爾在1965年初上半導體戰場時,發表了《讓積體電路填滿更多元件》(Cramming More Components onto Integrated Circuits)宣言。在這個宣言的第1頁、第2頁,闡述了被半導體世界廣泛推崇的“摩爾定律”,即“當價格不變時,積體電路上可容納的元器件的數量,約每隔18-24個月便會增加一倍,機能也將晉升一倍。在摩爾宣言的第3頁,大兵摩爾早在50多年前,就闡述了一旦情況緊急時子弟挽救他的突圍路線:(1)最佳化晶片架構,(2)最佳化晶片設計,(2)改用更合適的材料,(4)高度整合。

2016年,美國半導體行業協會(SIA)會同美國半導體研究同盟(SRC)一起組織全球科學家對未來半導體發展方向進行了深度探討,形成了晶片從基礎階段到應用的八層架構。其中,構成底層的4層與老摩爾1965年提出的4條突圍路線有異曲同工之妙。

圖為英特爾創始人戈登·摩爾生前在接受採訪

文 / 馮錦鋒

摩爾是一代傳奇。

摩爾定律則是傳奇中的傳奇。

從2010年以來,全球半導體產業界都在關心同一個話題:摩爾定律何時走到頭?摩爾定律垂垂老矣,是唱衰摩爾定律的經典論調。

28奈米量產時,業界以為10奈米是矽基晶片的極限,這也意味著10奈米時摩爾定律會壽終正寢。

14奈米時,業界以為7奈米是極限。

10奈米時,業界以為矽基最多做到3奈米。

今天台積電3奈米了,並貯備了2奈米和1奈米工藝。

在2017年6月,美國國防高階研究計劃局(DARPA)微系統技術辦公室公佈推出新的電子中興計劃(ERI,Electronics Resurgence Initiative)。美國電子中興計劃的主要目的,是擔心半導體技術越朝前發展,摩爾定律越有失效的危險。

電子中興計劃,某種意義上就是現實版本的“挽救半導體大兵摩爾”。老摩爾定律馳騁全球半導體戰場50餘年了,今天碰到了能否繼承生存下去的“生命危險”。而美國是一等大兵摩爾的外家和大本營,責無旁貸地要聯合臺積電、三星、ASML這些強盛外助,團結美國海內一切可以團結的大學、研究所、企業、國防力量,一起挽救大兵摩爾。

老摩爾當年還真的留下了錦囊。這個錦囊,就是美國電子中興計劃反覆強調的“Page3”。摩爾在1965年初上半導體戰場時,發表了《讓積體電路填滿更多元件》(Cramming More Components onto Integrated Circuits)宣言。在這個宣言的第1頁、第2頁,闡述了被半導體世界廣泛推崇的“摩爾定律”,即“當價格不變時,積體電路上可容納的元器件的數量,約每隔18-24個月便會增加一倍,機能也將晉升一倍。在摩爾宣言的第3頁,大兵摩爾早在50多年前,就闡述了一旦情況緊急時子弟挽救他的突圍路線:(1)最佳化晶片架構,(2)最佳化晶片設計,(2)改用更合適的材料,(4)高度整合。

2016年,美國半導體行業協會(SIA)會同美國半導體研究同盟(SRC)一起組織全球科學家對未來半導體發展方向進行了深度探討,形成了晶片從基礎階段到應用的八層架構。其中,構成底層的4層與老摩爾1965年提出的4條突圍路線有異曲同工之妙。

圖為英特爾創始人戈登·摩爾生前在接受採訪

文 / 馮錦鋒

摩爾是一代傳奇。

摩爾定律則是傳奇中的傳奇。

從2010年以來,全球半導體產業界都在關心同一個話題:摩爾定律何時走到頭?摩爾定律垂垂老矣,是唱衰摩爾定律的經典論調。

28奈米量產時,業界以為10奈米是矽基晶片的極限,這也意味著10奈米時摩爾定律會壽終正寢。

14奈米時,業界以為7奈米是極限。

10奈米時,業界以為矽基最多做到3奈米。

今天台積電3奈米了,並貯備了2奈米和1奈米工藝。

在2017年6月,美國國防高階研究計劃局(DARPA)微系統技術辦公室公佈推出新的電子中興計劃(ERI,Electronics Resurgence Initiative)。美國電子中興計劃的主要目的,是擔心半導體技術越朝前發展,摩爾定律越有失效的危險。

電子中興計劃,某種意義上就是現實版本的“挽救半導體大兵摩爾”。老摩爾定律馳騁全球半導體戰場50餘年了,今天碰到了能否繼承生存下去的“生命危險”。而美國是一等大兵摩爾的外家和大本營,責無旁貸地要聯合臺積電、三星、ASML這些強盛外助,團結美國海內一切可以團結的大學、研究所、企業、國防力量,一起挽救大兵摩爾。

老摩爾當年還真的留下了錦囊。這個錦囊,就是美國電子中興計劃反覆強調的“Page3”。摩爾在1965年初上半導體戰場時,發表了《讓積體電路填滿更多元件》(Cramming More Components onto Integrated Circuits)宣言。在這個宣言的第1頁、第2頁,闡述了被半導體世界廣泛推崇的“摩爾定律”,即“當價格不變時,積體電路上可容納的元器件的數量,約每隔18-24個月便會增加一倍,機能也將晉升一倍。在摩爾宣言的第3頁,大兵摩爾早在50多年前,就闡述了一旦情況緊急時子弟挽救他的突圍路線:(1)最佳化晶片架構,(2)最佳化晶片設計,(2)改用更合適的材料,(4)高度整合。

2016年,美國半導體行業協會(SIA)會同美國半導體研究同盟(SRC)一起組織全球科學家對未來半導體發展方向進行了深度探討,形成了晶片從基礎階段到應用的八層架構。其中,構成底層的4層與老摩爾1965年提出的4條突圍路線有異曲同工之妙。

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