摩尔定律或在2021终结，这会是半导体厂商的噩梦？

本文摘要：50年前，英特尔创始人之一戈登·摩尔明确提出了摩尔定律：集成电路上可容纳的电晶体（晶体管）数目，大约间隔24个月之后不会增加一倍。最近几十年，这个定律可谓科技界的铁律，无论是半导体制造商还是芯片设计商，完全都在按照这个规律发展。但是，最近两年，以英特尔派的半导体厂商开始减慢制程的升级递归之路，而人们也被迫开始辩论摩尔定律的应验否早已过热，半导体厂商又该如何面临这样的挑战？

50年前，英特尔创始人之一戈登·摩尔明确提出了摩尔定律：集成电路上可容纳的电晶体（晶体管）数目，大约间隔24个月之后不会增加一倍。最近几十年，这个定律可谓科技界的铁律，无论是半导体制造商还是芯片设计商，完全都在按照这个规律发展。但是，最近两年，以英特尔派的半导体厂商开始减慢制程的升级递归之路，而人们也被迫开始辩论摩尔定律的应验否早已过热，半导体厂商又该如何面临这样的挑战？从最近一期的半导体国际技术路线图上可以显现出，到2021年，微处理器内部的晶体管的尺寸增大的工程进度不是上升，而是将暂停增大，这也就意味著推展半导体行业变革的摩尔定律将月解散历史舞台。

沿袭摩尔定律到底有多难？实质上，过去几十年半导体行业也没和摩尔定律几乎保持一致的节奏。从 1965 年到 1975 年，芯片上的晶体管数量完全每年都会翻番；然而在1975年之后，由于技术的容许，周期变成了两年；到上世纪 90 年代末，又返回了正规化。而现在半导体厂商又面对了什么样的艰难？目前，半导体制造商最先进设备的半导体制程早已超过了14nm，正在朝着10nm行进，但这完全早已无限相似硅材料的物理无限大。

有人不会说道，未来还不会有7nm和5nm，但事实真为不会如此吗？如果之后按照摩尔定律来研发更加高级的工艺制程，不会面对物理和经济（投入产出比）两方面的挑战。摩尔定律本身是一条物理定律，但是在硅晶体管的尺寸相似10nm的时候，栅水解层的厚度只相等于十个原子的厚度。这就不会不易产生量子效应，并且造成晶体管的特性无法掌控，例如漏电问题。对半导体厂商而言，这是一堵穿着不透的墙。

除此之外，因为晶体管尺寸的增大，芯片生产成本在渐渐减少，长年以往每颗芯片的毛利率甚至还不会高于生产的成本。很显著，未来大多数厂商会因投入产出比而自由选择极具商业价值的制程。如何应付？即便半导体制造商无法更进一步增大晶体管的尺寸，但这并不代表半导体行业早已停滞不前，业内人士指出有两种方案有一点尝试。不少业内人士回应，虽然晶体管的尺寸无法增大，但未来需要取而代之的是通过填充技术来提高晶体管的密度，这一技术成熟期后就可同时确保经济和技术效益。

目前，这样的3D技术事实上早已在存储芯片上获得了应用于，例如英特尔发售的3DxPoint存储器技术，它在寿命、存储速度以及容量密度上都要比传统存储器低几个level，另外，三星和闪迪等存储厂商也早已在这一领域发售了各自的产品。另外，业界还指出我们可以找寻硅材料的替代品，例如利用新型纳米材料有可能作出相似分子大小的电路。为此，国内外早已在著手研究这些新的材料。

这众多有可能沦为硅的继任者之中，石墨烯的呼声毫无疑问是最低的，任正非就曾公开发表回应，石墨烯时代政治宣传硅时代。石墨烯之所以能受到业界的注目，是因为它比硅材料有过之而无不及，它是世界上最厚、导电性能最弱的材料。石墨烯只有一个原子薄，并且具备强度低、导电和导电效高等出色特性，当石墨烯与与其他元素掺入或填充也可具备半导体特性。

不过制约石墨烯商业化的是，这种材料目前依然无法量产，而且石墨烯制取成本也仍然居高不下，生产一克石墨烯材料比黄金还要喜出有不少。原创文章，予以许可禁令刊登。

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