侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

2019-07-24 09:17
来源: 芯智讯

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

在半导体领域,“摩尔定律”可谓是无人不知、无人不晓。可以说在过去几十年,半导体产业在摩尔定律的推动下高速发展。但是现在,随着晶体管缩放尺寸逐渐逼近物理极限,半导体工艺制程的推进也越来越困难,“摩尔定律”已死的声音也开始不绝于耳。不过,即便如此,科学界也依然希望通过一些新的技术来继续推动摩尔定律的前进。

“摩尔定律”已死?

摩尔定律是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)于半个世纪前提出来的。其内容为,“当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍。”

自摩尔定律提出之后的几十年,整个半导体产业也确实按着摩尔定律在持续快速的前进,但是自28nm之后,摩尔定律便开始呈放缓态势,其所带来的经济效益也开始降低。

虽然去年上半年台积电的7nm工艺已经量产,而且5nm也已经在路上,接下来3nm甚至是1nm或许仍然还有路可以走,但是这毫无疑问将会更加的困难。

而更为令人悲观的是,虽然随着工艺的提升,晶体管密度还可以进一步增加,但是能够带来的性能提升或功耗的降低却越来越少。比如从28nm到16nm,面积缩小了40%,速度提高了30%-40%,但是如果选择提升速度,那么功耗就没法降低多少。而在28nm之前,每一代制程工艺的升级,功耗都能够降一半多,面积降一半多,速度提升一倍多。但现在,这样的好事情已经一去不复返了。

除此之外,随着工艺制程从10nm向7nm、5nm、3nm、1nm的继续演进,所需要付出的代价也更具高昂。摩尔定律所带来的经济效益(即在价格不变的情况下,每两年性能提升一倍甚至更多)也将会不复存在。

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

此前,国外Semiengingeering网站曾发布过一篇工艺和芯片开发费用的文章。文中指出28nm节点的芯片开发成本为5130万美元;16nm节点则需要1亿美元;7nm节点需要2.97亿美元;5nm节点,开发芯片的费用将达到5.42亿美元;由于3nm还处于最初期的开发阶段,所以其开发成本至今还难以确定,3nm的开发费用有可能超过10亿美元。

此外,先进的晶圆厂建设同样需要大量的现金支持,以采用最新的设备来提升工艺制程,这将进一步拉高芯片的制造成本。比如7nm之后的5nm就必须要用到最新的EUV极紫外光刻技术,而目前全世界仅有ASML可以供应EUV光刻机,而且一台EUV光刻机的售价就高达1亿多美元。

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

显然,随着制程工艺的不断逼近物理极限,不仅在技术实现上越来越困难,所需要的设备越来越复杂,而且芯片开发成本也急剧增长,如果芯片厂商没有足够的实力,芯片出货没有足够的出货量,将很难承担高昂的成本。

全新的“自组装”技术

在“摩尔定律”的推进越来越困难,甚至“摩尔定律”已死声音越来越多的当下,包括英特尔在内的众多半导体企业也纷纷寄希望于通过“内核架构创新”(比如采用非冯·诺伊曼系统架构)、芯片工艺由原来的2D转向2.5D/3D堆叠、自旋电子、神经元计算、量子计算等方法来继续推进“摩尔定律”的经济效益。

对于以上的这些新技术可能大家或多或少都有了解和接触过,而在去年在德国举办的TED演讲当中,来自美国的研究人员Karl Skjonnemand为延续“摩尔定律”提出了一种全新的思路,即利用“分子工程和模拟自然的方法”来实现晶体管的“自组装”(self-directed assembly),从而极大的降低半导体制造的成本。

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

▲根据资料显示Karl Skjonnemand目前是美国的一家专注于未来的芯片制造开发所需先进的纳米材料公司的技术总监,他拥有20年亚太、欧洲和美国项目管理经验。

在介绍“晶体管自组装”技术之前,我们有必要先来了解下,传统的半导体制造工艺流程。我们可以简单看下下面这段视频介绍:

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

上面这段视频只是展示了芯片制造流程当中比较重要的一些步骤,实际上芯片制造比上面这段视频展示的更为复杂,多达上百道工艺。而正是这些复杂的制造流程以及每个流程当中对所需要的材料和设备的要求越来越高,使得芯片制造成本也变得越来高昂。

那么相对于传统的半导体制造工艺,所谓的晶体管的“自组装”技术又有何优势呢?

Karl Skjonnemand认为,在传统的芯片当中,晶体管的微型结构特征有非常多都是重复的,是一种高度周期性的结构。因此,他想在替代技术中利用这种周期性,他想采用自组装材料,自然的组建周期性结构,来构建晶体管,让这些材料来完成精图案的制作,而不是试图在已经越来越困难的图案投射技术上突破。

芯片制造行业的新方向:“自组装”技术解析

自组装原理在大自然中随处可见,比如我们的脂质膜到细胞结构,再到DNA能够复制,并且一代代的遗传下去,就是一种自然组装技术。因此,Karl Skjonnemand认为,自组装技术可以应用到芯片制造当中。

1  2  下一页>  
声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号