国际半导体技术发展路线图2015——欢迎来到半导体2.0时代

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        国际半导体技术发展路线图(International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)2015年版最近正式发布,报告显示半导体2.0时代即将来临。

1        过去50年半导体行业一直按照摩尔定律的速度发展着。晶体管的体积越来越小,对制造商来说也越来越廉价。因此,集成设备制造商完全控制着电子行业发展步伐。

        互联网的出现,WIFI覆盖越来越广,消费者开始接受各种无线移动设备,以及IC设计商和代工厂的成功合作已经完全改变了电子行业。现在,系统集成商也能设计并制造自己需要的集成电路,如SOC或SIP,而不用再依赖集成设备制造商。系统集成商通过制造SOC或SIP能够提高效率、降低成本,因此系统集成制造商为电子行业不断带来革新。

        尽管按照摩尔定律半导体晶体管不断增加数量,但是,随着网络的发展和信息需求的增长,目前的晶体管数量已经不能满足数据中心的需要,半导体行业正在迎接一个新时代的到来。

        由于缩小面积、容纳更多晶体管的做法越来越不划算,而且,到2021年半导体的体积将达到极限,届时半导体制造商会将注意力转向3D芯片等其他新技术。但是,这并不意味着“摩尔定律”将失效,通过使用3D堆叠等新的技术,短期内芯片的晶体管密度将继续提高。以往首先改善硬件,软件随后跟上的趋势也将发生改变,未来半导体行业的发展将会呈现软件为先导,软件和硬件相结合的趋势:按照移动设备、物联网和数据中心等对软件的需求设计并制造硬件。

        报告指出,半导体行业面临着短期(2015 年-2022年)和长期(2023年-2030年)挑战:

        短期

  •         1. 硅基CMOS尺寸缩小
  •         2. 高迁移率沟道材料的实现
  •         3. DRAM 和 SRAM尺寸缩小
  •         4. 高密度非易失存储尺寸缩小
  •         5. 材料,制程、结构变化及新的应用的可靠性

        长期

  •         1. 先进多栅结构的实现
  •         2. 新存储结构的研发与实现
  •         3. 新器件、结构和材料的可靠性
  •         4. 功耗下降
  •         5. 多种功能的集成

3        ITRS预测,几年后,在使用三维集成之前,前沿芯片公司将放弃现在用于高性能芯片中的晶体管结构:鳍式场效应晶体管FinFET。

4        在FinFET的架构中,栅门成类似鱼鳍的叉状3D架构,可于电路的两侧控制电路的接通与断开。据这次的路线图显示,芯片制造商将会放弃FinFET,选择另一种晶体管——具有横向环绕栅极,有与FinFET类似的水平通道,但是被一个向下延伸的栅极包围。

        在那之后,晶体管将变为垂直架构,通道将采用支柱的形状,或是纳米线竖立着。

        传统硅通道也将被其他材质的通道取代,即硅锗、锗、来自元素周期表第III和V列元素组成的化合物。

        这些变化将使得芯片厂商能在同样大的区域装下更多的晶体管,这也就遵守了摩尔定律。

0_2015 ITRS 2.0 Executive Report

1_2015 ITRS 20_System Integration

2_2015 ITRS 2.0 Herogeneous Integration

3_2015 ITRS 2.0_Heterogeneous Components

4_2015 ITRS 2.0_OSC 5_2015 ITRS 2.0_More Moore

6_2015 ITRS 2.0 Beyond CMOS

7_2015 ITRS 2.0 Factory Integration

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