傳統(tǒng)芯片方法論，走向窮圖末路
發(fā)布人：旺材芯片
時(shí)間：2022-03-06
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來(lái)源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自華爾街日?qǐng)?bào)，謝謝。
摩爾定律不是一個(gè)實(shí)際的自然法則，但這個(gè)幾十年前做出的大膽聲明已經(jīng)預(yù)言了技術(shù)的令人眼花繚亂的進(jìn)步。但現(xiàn)在它快要?jiǎng)訐u了。從汽車(chē)到智能手機(jī)再到我們的公用事業(yè)，為我們周?chē)囊磺刑峁﹦?dòng)力的業(yè)務(wù)也面臨著一場(chǎng)清算。
在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的早期， 英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）假設(shè)集成電路上的組件數(shù)量每年都會(huì)翻一番。這個(gè)來(lái)自1965 年的預(yù)測(cè)，現(xiàn)在被稱(chēng)為摩爾定律，后來(lái)被修改為晶體管數(shù)量大約每?jī)赡攴环资陙?lái)，隨著芯片行業(yè)推出了曾經(jīng)難以想象的設(shè)備，然后不斷地自我提升，進(jìn)步已經(jīng)取得了進(jìn)展。
例如， 蘋(píng)果為其高端筆記本電腦提供動(dòng)力的M1 Max 芯片擁有令人難以置信的 570 億個(gè)晶體管。技術(shù)不斷進(jìn)步以縮小芯片的尺寸：數(shù)以萬(wàn)計(jì)的晶體管可以容納在不比人類(lèi)頭發(fā)寬的區(qū)域中。較小的晶體管也更快、更便宜，使計(jì)算能力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)并提高了生產(chǎn)力?，F(xiàn)在，你口袋里的智能手機(jī)比 50 多年前幫助人類(lèi)登上月球的大型計(jì)算機(jī)功能更強(qiáng)大，而且成本只是其中的一小部分。
多年來(lái)，許多人為這項(xiàng)定律寫(xiě)了訃告，但芯片制造商已經(jīng)推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展，尋找新的方法來(lái)增加計(jì)算能力。最新的例子之一是極紫外光刻（EUV）技術(shù)，該技術(shù)使用較短波長(zhǎng)的光在芯片上蝕刻超精細(xì)特征。荷蘭公司 ASML 是唯一一家為芯片制造商制造 EUV 機(jī)器的公司。每個(gè)成本約為 1.5 億美元，但隨著世界爭(zhēng)相增加產(chǎn)能，制造商積壓了大量訂單。
但隨著晶體管尺寸現(xiàn)在接近原子水平，它似乎不可避免地很快就會(huì)達(dá)到一些物理極限。晶體管之間的距離現(xiàn)在以幾十納米為單位。一納米大約是5個(gè)硅原子寬。
甚至在物理定律最終結(jié)束摩爾先生 57 年前預(yù)測(cè)的趨勢(shì)之前，經(jīng)濟(jì)定律可能就會(huì)結(jié)束。制造最先進(jìn)芯片的成本已經(jīng)飆升，并且隨著技術(shù)的每次迭代而變得更加昂貴。
“Moore's Law可能會(huì)繼續(xù)下去，但在經(jīng)濟(jì)上根本就不行，”出版半導(dǎo)體時(shí)事通訊的行業(yè)分析師 Douglas O'Laughlin 說(shuō)。
每一代新芯片——稱(chēng)為工藝節(jié)點(diǎn)——都需要更多的步驟。這意味著由于涉及數(shù)千個(gè)復(fù)雜步驟的過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性更高，因此良率會(huì)降低。幾十年來(lái)，每個(gè)晶體管的成本已經(jīng)停止下降，甚至還在上升。
這也意味著建造一個(gè)領(lǐng)先的制造廠的成本可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 100 億美元——除了那些財(cái)力雄厚的公司之外，這對(duì)所有公司來(lái)說(shuō)都太貴了。目前只有三個(gè)正在嘗試。全球最大的合同半導(dǎo)體制造商臺(tái)積電計(jì)劃今年的資本支出為 400 億至 440 億美元。韓國(guó) 三星電子 計(jì)劃投資 170 億美元在德克薩斯州泰勒建立芯片制造廠。摩爾先生共同創(chuàng)立的公司英特爾將在俄亥俄州建造兩家芯片廠，初期投資為 200 億美元。
但也許摩爾定律不再是思考進(jìn)一步發(fā)展的正確方法。因?yàn)榉椒ú恢挂环N。例如，設(shè)計(jì)人員可以使芯片更適合他們的任務(wù)。蘋(píng)果通過(guò)為 iPhone、iPad 和最近的 Mac 電腦設(shè)計(jì)自己的處理器來(lái)證明這一點(diǎn)——在后者中取代了英特爾的處理器。與現(xiàn)成的芯片相比，定制芯片可以更好地利用設(shè)備的計(jì)算能力，尤其是當(dāng)它們由像蘋(píng)果這樣也控制設(shè)備軟件的公司制造時(shí)。
芯片制造商還可以使用“Chiplet”方法，該方法有效地縮小處理器的一部分，并將這些Chiplet與內(nèi)存和其他組件封裝在一起，這種方式制造的成本較低，但仍能提高整體性能。
SemiAnalysis 首席分析師迪倫·帕特爾 (Dylan Patel) 表示：“現(xiàn)在工藝技術(shù)中有一個(gè)金發(fā)姑娘區(qū)，不同的節(jié)點(diǎn)實(shí)際上更適合不同的拼圖。” “縮小整個(gè)芯片或?qū)⑺袞|西放在最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)上實(shí)際上會(huì)花費(fèi)更多，并不一定意味著更好的性能和功率?！?/span>
使用氮化鎵等新材料來(lái)代替硅可能是一種以更低成本繼續(xù)封裝更多晶體管的方法。另一個(gè)可能的候選者是碳納米管——由石墨烯制成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑僅為納米。
稱(chēng)某事為“定律”，聽(tīng)起來(lái)是一成不變的。摩爾先生的預(yù)測(cè)更像是一個(gè)預(yù)言——一個(gè)自我實(shí)現(xiàn)的行業(yè)參與者竭盡全力努力實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。這并不意味著幾十年前看起來(lái)很神奇的現(xiàn)在常規(guī)設(shè)備在 20 年后仍將代表尖端技術(shù)。事后看來(lái)，進(jìn)展速度可能不那么令人難以置信。
定律的狹義定義——晶體管密度有規(guī)律地翻倍——可能無(wú)法繼續(xù)下去，但人類(lèi)的聰明才智是無(wú)止境的。
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