傳統(tǒng)芯片方法論，走向窮圖末路

來源：內(nèi)容由半導體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自華爾街日報，謝謝。

摩爾定律不是一個實際的自然法則，但這個幾十年前做出的大膽聲明已經(jīng)預言了技術的令人眼花繚亂的進步。但現(xiàn)在它快要動搖了。從汽車到智能手機再到我們的公用事業(yè)，為我們周圍的一切提供動力的業(yè)務也面臨著一場清算。
在半導體技術發(fā)展的早期， 英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）假設集成電路上的組件數(shù)量每年都會翻一番。這個來自1965 年的預測，現(xiàn)在被稱為摩爾定律，后來被修改為晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。幾十年來，隨著芯片行業(yè)推出了曾經(jīng)難以想象的設備，然后不斷地自我提升，進步已經(jīng)取得了進展。
例如， 蘋果為其高端筆記本電腦提供動力的M1 Max 芯片擁有令人難以置信的 570 億個晶體管。技術不斷進步以縮小芯片的尺寸：數(shù)以萬計的晶體管可以容納在不比人類頭發(fā)寬的區(qū)域中。較小的晶體管也更快、更便宜，使計算能力呈指數(shù)級增長并提高了生產(chǎn)力。現(xiàn)在，你口袋里的智能手機比 50 多年前幫助人類登上月球的大型計算機功能更強大，而且成本只是其中的一小部分。
多年來，許多人為這項定律寫了訃告，但芯片制造商已經(jīng)推動了技術的發(fā)展，尋找新的方法來增加計算能力。最新的例子之一是極紫外光刻（EUV）技術，該技術使用較短波長的光在芯片上蝕刻超精細特征。荷蘭公司 ASML 是唯一一家為芯片制造商制造 EUV 機器的公司。每個成本約為 1.5 億美元，但隨著世界爭相增加產(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達到一些物理極限。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個硅原子寬。
甚至在物理定律最終結(jié)束摩爾先生 57 年前預測的趨勢之前，經(jīng)濟定律可能就會結(jié)束。制造最先進芯片的成本已經(jīng)飆升，并且隨著技術的每次迭代而變得更加昂貴。
“Moore's Law可能會繼續(xù)下去，但在經(jīng)濟上根本就不行，”出版半導體時事通訊的行業(yè)分析師 Douglas O'Laughlin 說。
每一代新芯片——稱為工藝節(jié)點——都需要更多的步驟。這意味著由于涉及數(shù)千個復雜步驟的過程中出現(xiàn)錯誤的可能性更高，因此良率會降低。幾十年來，每個晶體管的成本已經(jīng)停止下降，甚至還在上升。
這也意味著建造一個領先的制造廠的成本可能遠遠超過 100 億美元——除了那些財力雄厚的公司之外，這對所有公司來說都太貴了。目前只有三個正在嘗試。全球最大的合同半導體制造商臺積電計劃今年的資本支出為 400 億至 440 億美元。韓國 三星電子 計劃投資 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一步發(fā)展的正確方法。因為方法不止一種。例如，設計人員可以使芯片更適合他們的任務。蘋果通過為 iPhone、iPad 和最近的 Mac 電腦設計自己的處理器來證明這一點——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備的計算能力，尤其是當它們由像蘋果這樣也控制設備軟件的公司制造時。
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)在工藝技術中有一個金發(fā)姑娘區(qū)，不同的節(jié)點實際上更適合不同的拼圖。” “縮小整個芯片或?qū)⑺袞|西放在最先進的節(jié)點上實際上會花費更多，并不一定意味著更好的性能和功率。”
使用氮化鎵等新材料來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。另一個可能的候選者是碳納米管——由石墨烯制成的管狀結(jié)構，直徑僅為納米。
稱某事為“定律”，聽起來是一成不變的。摩爾先生的預測更像是一個預言——一個自我實現(xiàn)的行業(yè)參與者竭盡全力努力實現(xiàn)自己的目標。這并不意味著幾十年前看起來很神奇的現(xiàn)在常規(guī)設備在 20 年后仍將代表尖端技術。事后看來，進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——可能無法繼續(xù)下去，但人類的聰明才智是無止境的。

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