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      黃如:后摩爾時代集成電路技術革新N分天下

      作者: 2021-05-31 09:50 來源:中國科學報
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             集成電路技術的發展已經進入后摩爾時代。

        5月30日,中國科學院第二十次院士大會舉行學部第七屆學術年會全體院士學術報告會。中科院院士黃如在報告會上探討了后摩爾時代集成電路技術的發展態勢。她說,當前,集成電路技術發展進入重要的歷史轉折期,線寬縮小不再是唯一技術路線,而是走向功耗和應用為驅動的多樣化發展路線,技術革新呈現 N 分天下的態勢。

        進入后摩爾時代,隨著集成電路特征尺寸持續縮小,短溝道效應、平面光刻衍射極限、統計不確定性、馮·諾伊曼能效瓶頸等問題日益嚴重,集成電路技術發展面臨尺寸縮小瓶頸、能耗瓶頸及算力瓶頸等挑戰。

        黃如指出,后摩爾時代的集成電路特征尺寸已經進入量子效應顯著的范圍,引起一系列次級物理效應,包括柵隧穿泄漏,載流子界面散射,強場速度飽和,源漏寄生電阻占比增大等。上述效應導致功耗密度快速上升,芯片工作主頻提升主要受到散熱能力的限制。從另一個角度來說,正是芯片的功耗瓶頸使得尺寸縮小難以維持既有的比例。

        “盡管與經典的等比例縮小路線有所偏離,近十年來集成電路技術發展依然高速發展,在器件、材料、工藝、設備、設計等領域頻繁的技術迭代推動下,先進邏輯制造技術進入了 5 納米量產階段,2 納米技術正在研發,1 納米研發開始部署。”黃如說。

        她認為,后摩爾時代集成電路技術發展和未來趨勢呈現以下主要特點:在一定功耗約束下進行能效比的優化成為重要需求和主要發展趨勢;向第 3 個維度進行等效的尺寸微縮或者集成度提升成為重要趨勢;從過去單一功能優化走向多功能大集成;協同優化成為后摩爾時代材料、器件、工藝、電路與架構技術創新的重要手段。

        黃如總結說,集成電路技術正進入重要的歷史轉折期,新原理、新結構器件結合新材料、新工藝技術、新設計方法風起云涌,學科交叉更強調深度和廣度的推進。在先進制造技術的基礎上,發展三維集成技術、系統級協同優化技術,實現不同功耗約束下的多樣化系統集成,后摩爾時代集成電路技術發展呈現典型的“N 分天下”新態勢,經典摩爾定律與等效縮比等超摩爾新定律并存相促,為集成電路發展開辟了更多的道路。

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