1新技术或让芯片敢于面对挑战
在近50年的科技发展中,技术变革的速度一直遵循着摩尔定律。特别是芯片上的晶体管数量每1.5年~2年增加一倍,使得计算设备的性能提升和先进的功能的实现让给了用户更多期待。而随着芯片上晶体管增加到一定的数量,后硅时代摩尔定律的延续已成为巨大的挑战。
提及摩尔定律做,可以说是过去50年技术和经济发展的驱动力,然而如今延续摩尔定律已成为一个巨大的挑战。从AMD方面得到解释,将晶体管从28纳米过渡到20纳米有着巨大难度,而Intel即将离职的CTO也承认摩尔定律或许只能再维持两代、三代这一事实。但对于市场而言,客户对计算效率及成本效益的需求却从未间断,使得芯片的设计和生产承受巨大的压力,似乎已经挑战到了芯片厂商的极限。
基于所面临的挑战,就摩尔定律在后“硅”时代能否延续,以及减缓创新和经济发展的影响受到广泛的关注。似乎有大量的文章去预测摩尔定律终结的时间,特别是“Moore Stress”在生产成本增加上的作用力以及针对这一改变的新工具和创新。
新技术或让芯片敢于面对挑战
正如之前《突破摩尔定律 传IBM正重新设计晶体管》谈到的,行业在面临一个关键的转折点,各个厂商都在寻找现有流程中可以使用的新解决方案继续维持摩尔定律,或者寻找基于硅的替代品,利用更小、更有效及具备更低的成本的产品来继续推动行业发展。
就像IBM正在开发新一代晶体管,对于芯片核心的晶体管来说,IBM为晶体管带来一个新的涂层,这将降低大量集成晶体管的芯片热量,使计算成本继续下降的同时增加晶体管数量,可以保持摩尔定律延续下去。
从半导体市场对2015年预测了解到,4300亿美元的市场需求驱使芯片商不停的改进计算性能,而类似SiGe(硅锗混合)、InP(磷化铟)及GaN(磷化镓)这些基于高成本的化合替代物不断被尝试,但由于相比原来的硅,并不符合更小、更快、更便宜的制造标准。
另一些替代方案仍然基于R&D模式,但还没有事实案例证明该模式的可用性。更重要的是,这些技术中大部分都需要在设计和软件上优化和改变,甚至还需要重组现有的生产设备,由此该方案显然不符合低成本的需求而进行生产制造。
硅晶体管达极限欲说再见?
传统的晶体管是由硅制成,然而2011年来硅晶体管已接近了原子等级,达到了物理极限,由于这种物质的自然属性,硅晶体管的运行速度和性能难有突破性发展。2012年10月IBM科学家宣称,最新研制的碳纳米管芯片符合了“摩尔定律”周期,依据摩尔定律,计算机芯片每18个月集成度翻番,价格减半。
摩尔定律硅晶体管
笔者感觉尽管硅晶体管达到物理极限,但硅在单芯片上已经证实了整合电子学和光学的可能,研究机构可以将高性能电子原件整合到一个类似硅的密度,通过这种整合对比当下混合方案在密度、可靠性、功耗上都存在巨大优势,而成本也明显低于其它方案。
此外,虽然量子计算仍处于初期阶段,但是通过一定技术或许有推动摩尔定律的可能,利用量子叠加及相关性能够实现未来计算机超高速并行计算;利用微观粒子的量子态纠缠、量子态的不可克隆的力学特性能够实现超高速的信息传递,实现不可破译、不可窃听的保密通信。
而量子计算的存储单元为量子比特,一个量子比特的状态是“一个二维复数空间的向量”,不是非此即彼的关系,而是可以连续地、叠加地存在。量子有着诸多的特性,但在摩尔定律年代,经典计算信息理论却认为量子不可能具有“信息机能”。
目前催化下一代技术革新的解决方案仍未确定,但是可以确定的是基于硅的时代随时都可能结束。到那时,预计各大半导体制造商对于摩尔定律有着新一轮的看法。