作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/31 20:07:50
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黄如:后摩尔时代集成电路技术革新N分天下

 

 中国科学院院士黄如           (王之康/摄)

集成电路技术的发展已经进入后摩尔时代。

5月30日,中国科学院第二十次院士大会举行学部第七届学术年会全体院士学术报告会。中科院院士黄如在报告会上探讨了后摩尔时代集成电路技术的发展态势。她说,当前,集成电路技术发展进入重要的历史转折期,线宽缩小不再是唯一技术路线,而是走向功耗和应用为驱动的多样化发展路线,技术革新呈现 N 分天下的态势。

进入后摩尔时代,随着集成电路特征尺寸持续缩小,短沟道效应、平面光刻衍射极限、统计不确定性、冯·诺伊曼能效瓶颈等问题日益严重,集成电路技术发展面临尺寸缩小瓶颈、能耗瓶颈及算力瓶颈等挑战。

黄如指出,后摩尔时代的集成电路特征尺寸已经进入量子效应显著的范围,引起一系列次级物理效应,包括栅隧穿泄漏,载流子界面散射,强场速度饱和,源漏寄生电阻占比增大等。上述效应导致功耗密度快速上升,芯片工作主频提升主要受到散热能力的限制。从另一个角度来说,正是芯片的功耗瓶颈使得尺寸缩小难以维持既有的比例。

“尽管与经典的等比例缩小路线有所偏离,近十年来集成电路技术发展依然高速发展,在器件、材料、工艺、设备、设计等领域频繁的技术迭代推动下,先进逻辑制造技术进入了 5 纳米量产阶段,2 纳米技术正在研发,1 纳米研发开始部署。”黄如说。

她认为,后摩尔时代集成电路技术发展和未来趋势呈现以下主要特点:在一定功耗约束下进行能效比的优化成为重要需求和主要发展趋势;向第 3 个维度进行等效的尺寸微缩或者集成度提升成为重要趋势;从过去单一功能优化走向多功能大集成;协同优化成为后摩尔时代材料、器件、工艺、电路与架构技术创新的重要手段。

黄如总结说,集成电路技术正进入重要的历史转折期,新原理、新结构器件结合新材料、新工艺技术、新设计方法风起云涌,学科交叉更强调深度和广度的推进。在先进制造技术的基础上,发展三维集成技术、系统级协同优化技术,实现不同功耗约束下的多样化系统集成,后摩尔时代集成电路技术发展呈现典型的“N 分天下”新态势,经典摩尔定律与等效缩比等超摩尔新定律并存相促,为集成电路发展开辟了更多的道路。

 
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