摩爾定律或在2021終結(jié)，這會(huì)是半導(dǎo)體廠商的噩夢(mèng)？

50年前，英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了摩爾定律：集成電路上可容納的電晶體（晶體管）數(shù)目，約每隔24個(gè)月便會(huì)增加一倍。最近幾十年，這個(gè)定律堪稱(chēng)科技界的鐵律，無(wú)論是半導(dǎo)體制造商還是芯片設(shè)計(jì)商，幾乎都在按照這個(gè)規(guī)律發(fā)展。

但是，最近兩年，以英特爾為首的半導(dǎo)體廠商開(kāi)始放慢制程的升級(jí)迭代之路，而人們也不得不開(kāi)始討論摩爾定律的預(yù)言是否已經(jīng)失效，半導(dǎo)體廠商又該如何面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)？

從最近一期的半導(dǎo)體國(guó)際技術(shù)路線圖上可以看出，到2021年，微處理器內(nèi)部的晶體管的尺寸縮小的進(jìn)度不是放緩，而是將停止縮小，這也就意味著推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)變革的摩爾定律將正式退出歷史舞臺(tái)。

延續(xù)摩爾定律究竟有多難？

實(shí)際上，過(guò)去幾十年半導(dǎo)體行業(yè)也沒(méi)有和摩爾定律完全保持一致的節(jié)奏。

從 1965 年到 1975 年，芯片上的晶體管數(shù)量幾乎每年都會(huì)翻番；然而在1975年之后，由于技術(shù)的限制，周期變?yōu)榱藘赡辏坏缴鲜兰o(jì) 90 年代末，又回到了正規(guī)。

而現(xiàn)在半導(dǎo)體廠商又面臨了什么樣的困難？

目前，半導(dǎo)體制造商最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程已經(jīng)達(dá)到了14nm，正在朝著10nm前進(jìn)，但這幾乎已經(jīng)無(wú)限接近硅材料的物理極限。有人會(huì)說(shuō)，未來(lái)還會(huì)有7nm和5nm，但事實(shí)真會(huì)如此嗎？

如果繼續(xù)按照摩爾定律來(lái)研發(fā)更高級(jí)的工藝制程，會(huì)面臨物理和經(jīng)濟(jì)（投入產(chǎn)出比）兩方面的挑戰(zhàn)。

摩爾定律本身是一條物理定律，但是在硅晶體管的尺寸接近10nm的時(shí)候，柵氧化層的厚度只相當(dāng)于十個(gè)原子的厚度。這就會(huì)極易產(chǎn)生量子效應(yīng)，并且導(dǎo)致晶體管的特性難以控制，例如漏電問(wèn)題。對(duì)半導(dǎo)體廠商而言，這是一堵穿不透的墻。

除此之外，因?yàn)榫w管尺寸的縮小，芯片制造成本在逐漸增加，長(zhǎng)期以往每顆芯片的毛利率甚至還會(huì)低于制造的成本。很明顯，未來(lái)大多數(shù)廠商會(huì)因投入產(chǎn)出比而選擇更具商業(yè)價(jià)值的制程。

如何應(yīng)對(duì)？

即便半導(dǎo)體制造商無(wú)法進(jìn)一步縮小晶體管的尺寸，但這并不代表半導(dǎo)體行業(yè)就此停滯不前，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為有兩種方案值得嘗試。

不少業(yè)內(nèi)人士表示，雖然晶體管的尺寸無(wú)法縮小，但未來(lái)能夠取而代之的是通過(guò)堆疊技術(shù)來(lái)提升晶體管的密度，這一技術(shù)成熟后就可同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。

目前，這樣的3D技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)在存儲(chǔ)芯片上得到了應(yīng)用，例如英特爾推出的3DxPoint閃存技術(shù)，它在壽命、存儲(chǔ)速度以及容量密度上都要比傳統(tǒng)閃存高幾個(gè)level，另外，三星和閃迪等存儲(chǔ)廠商也已經(jīng)在這一領(lǐng)域推出了各自的產(chǎn)品。

另外，業(yè)界還認(rèn)為我們可以尋找硅材料的替代品，例如利用新型納米材料可能做出接近分子大小的電路。為此，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在著手研究這些新的材料。

這眾多可能成為硅的繼任者之中，石墨烯的呼聲無(wú)疑是最高的，任正非就曾公開(kāi)表示，石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代。

石墨烯之所以能受到業(yè)界的青睞，是因?yàn)樗裙璨牧嫌羞^(guò)之而無(wú)不及，它是世界上最薄、導(dǎo)電性能最強(qiáng)的材料。石墨烯只有一個(gè)原子厚，并且具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電效高等優(yōu)異特性，當(dāng)石墨烯與與其他元素?fù)诫s或復(fù)合也可具有半導(dǎo)體特性。

不過(guò)制約石墨烯商業(yè)化的是，這種材料目前仍然無(wú)法量產(chǎn)，而且石墨烯制備成本也一直居高不下，制造一克石墨烯材料比黃金還要貴出不少。

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