IBM在Common Platform技術(shù)論壇上展示了藍(lán)色巨人對(duì)未來晶圓的發(fā)展預(yù)測(cè)，Common Platform是IBM、Globalfoundries和Samsung的聯(lián)盟，旨在研究3D晶體管FinFET的芯片。在2月份舉行的這次Common Platform 2013技術(shù)論壇上，IBM除了展示FinFET這種3D晶體管技術(shù)外，還展示了諸如硅光子晶體管，碳納米管等前沿技術(shù)。

　　Common Platform 2013技術(shù)論壇

　　在集成電路的晶體管數(shù)目的規(guī)律上，業(yè)界有一個(gè)著名的摩爾定律。摩爾定律指出，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。該定律是由英特爾創(chuàng)始人之一摩爾提出，這些年來一直與芯片的發(fā)展相符。

　　硅晶元

　　目前硅晶體管的制程工藝已經(jīng)達(dá)到了32nm、20nm的水平，而且隨著現(xiàn)在芯片領(lǐng)域越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)，晶體管的尺寸也越來越小。例如比較知名的晶圓代工廠GlobalFoundries以及臺(tái)積電、臺(tái)聯(lián)電都加進(jìn)了下一代14nm制程工藝晶圓的研發(fā)。然而隨著集成電路上的晶體管密度越來越大，其在密度上的增加就越來越困難。摩爾定律必將將晶體管的大小帶到了一個(gè)物理上的極限。

　　英特爾晶體管研制計(jì)劃

　　有報(bào)道指出，現(xiàn)階段普遍應(yīng)用的硅晶體管在尺寸上有一個(gè)10nm的物理極限。目前硅晶體管制程已經(jīng)推進(jìn)到22nm，14nm也近在咫尺，然而根據(jù)英特爾2011年的一份技術(shù)資料，其10nm制程的CPU要等到2015年。而且10nm也接近了硅晶體管的物理極限。相比之下，要想摩爾定律繼續(xù)有效，碳納米材料更有希望提升晶體管密度來拯救摩爾定律。

　　IBM半導(dǎo)體研究部門負(fù)責(zé)人Gary Patton表示，45nm制程工藝的芯片已經(jīng)開始在穩(wěn)步的推出市場(chǎng)。對(duì)于目前的硅晶體管的10nm物理極限，Patton認(rèn)為極限的EUV光刻技術(shù)可能讓晶體管突破10nm這一大關(guān)。

　　EUV光刻技術(shù)，在芯片制作的過程中，晶體管實(shí)際是一個(gè)個(gè)非常小的電路回路。而將這些電路回路刻在芯片的就是采用光刻技術(shù)，晶體管的大小很大一定程度要取決于光刻技術(shù)，就比如說，你用很細(xì)的筆才能寫出很細(xì)小的字，而用毛筆是絕對(duì)辦不到的。而目前最先進(jìn)的EUV光刻技術(shù)理論上能印刷出最小7nm的電子回路。

　　IBM展示光刻技術(shù)

　　芯片制造者目前能將這些非常復(fù)雜的雙縫衍射的光刻技術(shù)處理過程限制在20nm的范圍中，不過IBM想出解決方法，將制程工藝提高到10nm。IBM的Gary Patton列出了幾種技術(shù)，來緩解這些雙縫干涉的問題。

　　IBM解決光刻技術(shù)難題方案

　　Gary Patton提到，EUV光刻技術(shù)，最大的挑戰(zhàn)在于EUV光刻技術(shù)采用的射線波長(zhǎng)只有13nm，這種波很容易被物質(zhì)吸收。

　　盡管如此，Gary Patton堅(jiān)信CMOS支持工藝仍然會(huì)繼續(xù)向前發(fā)展，但是需要一些新的技術(shù)，比如碳納米晶體管和硅光子晶體管等。

　　FinFET的發(fā)明人胡正明在中國(guó)演講

　　FinFET晶體管又稱3D晶體管，而3D晶體管之后有一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)則是碳納米管晶體管?！inFET的發(fā)明人為美籍華人胡正明（Chenming Hu），早在2011年就開始了對(duì)FinFET的研究。胡正明于1947年生于北京，現(xiàn)任美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校杰出講座教授、北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系兼職教授、中國(guó)科學(xué)院微電子所榮譽(yù)教授、***交通大學(xué)（新竹）微電子器件榮譽(yù)教授。

　　傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的晶體管—場(chǎng)效晶體管 （Field-effecttransistor；FET），其控制電流通過的閘門，只能在閘門的一側(cè)控制電路的接通與斷開，屬于平面的架構(gòu)。而FinFET則是一種3D結(jié)構(gòu)，全名為FinField-effecttransistor，鰭式場(chǎng)效晶體管。通過類似魚鰭的叉狀3D架構(gòu)的閘門，來控制電路的接通與斷開。

　　FinFET

　　通過這種3D晶體管閘門的設(shè)計(jì)可以大幅改善電路控制并減少漏電流（leakage），也可以大幅縮短晶體管的閘長(zhǎng)，將晶體管制程工藝提高到更小的尺寸，以達(dá)到摩爾定律的預(yù)測(cè)。英特爾馬宏升談到摩爾定律，雖然按照摩爾定律晶體管的性能的不斷提升給了芯片制造商不容小覷的壓力，但是壓力就是動(dòng)力，也是一個(gè)機(jī)遇。

　　Commom Platfrom

　　在2012年3月份，IBM、三星以及GlobalFoundries成立了名為Commom Platfrom的聯(lián)盟，共同對(duì)FinFET晶體管也就是3D晶體管進(jìn)行研究，交換各自的研究成果，旨在更快的推出14nm的3D晶體管。

　　Commom Platfrom 2012技術(shù)論壇

　　3月14日，在舊金山舉辦的Commom Platfrom 2012技術(shù)論壇上，來自三星的發(fā)言人Anna Hunter表示，Commom Platfrom將會(huì)在2014至2015年之間推出3D晶體管。

　　而在Commom Platfrom 2013技術(shù)論壇上，IBM不僅展示了3D晶體管技術(shù)，而且同時(shí)展示了碳納米管技術(shù)以及硅光子技術(shù)。

　　IBM此前就傳出消息，在碳納米晶體管上取得了重大技術(shù)突破，在單個(gè)芯片上集成了上萬個(gè)碳納米晶體管，雖然比起目前硅晶體管密度還有一定差距，但這卻是碳納米晶體管取代硅晶體管的重要一步。IBM的碳納米晶體管技術(shù)已經(jīng)達(dá)到9nm的制程工藝水平。

　　IBM展示碳納米晶圓

　　根據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，IBM的科學(xué)家們已經(jīng)研制出一種新的芯片，這種芯片是將碳納米管覆蓋層和硅晶片結(jié)合起來，在單個(gè)芯片上成功放置了上萬個(gè)晶體管，雖然相比于目前硅晶體管芯片動(dòng)輒上億的數(shù)目不能相提并論，例如IBM Power7的晶體管數(shù)目就在12億，但是未來碳納米管可延伸的空間很大。

　　碳納米晶體管示意圖

　　IBM另外還展示了一種使用光代替電子信號(hào)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)可能很快會(huì)讓大文件傳輸?shù)南拗谱兂蓺v史，測(cè)試中每個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸率能夠達(dá)到25Gbps。

　　IBM聲稱，這種光數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用光脈沖替代了電子信號(hào)，名為“硅納米光子學(xué)”，可在單一一塊通過亞100nm半導(dǎo)體技術(shù)制成的硅芯片上創(chuàng)建出一個(gè)讓不同光學(xué)部件和電路協(xié)作的環(huán)境。

　　硅納米光子工作原理示意圖

　　硅納米光子學(xué)旨在讓服務(wù)器、大型數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)中電腦芯片傳輸大量數(shù)據(jù)的速度加快。通過對(duì)光脈沖而非電子信號(hào)的使用，該研究領(lǐng)域背后的理念是為了減緩計(jì)算機(jī)中繼點(diǎn)之間的擁堵，并削減傳統(tǒng)互聯(lián)方式的費(fèi)用。

　　硅納米光子學(xué)

　　IBM表示，測(cè)試中該傳輸系統(tǒng)的速率超乎尋常，能夠達(dá)到每通道25Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外，該技術(shù)還能夠應(yīng)對(duì)多個(gè)并行光學(xué)數(shù)據(jù)流，并利用緊湊型芯片內(nèi)波分復(fù)用設(shè)備把它們扭曲成單股光纖。這種在高速率下多路傳輸大量數(shù)據(jù)流的理念預(yù)計(jì)會(huì)很快投入商業(yè)應(yīng)用。

　　【全文總結(jié)】：隨著晶體管尺寸和密度越來越接近物理極限，拯救摩爾定律則需要新的技術(shù)，對(duì)于下一代的3D晶體管技術(shù)，誰能占得先機(jī)？有消息稱，77%的FinFET技術(shù)專利是由GlobalFoundries、IBM、三星等聯(lián)盟共同擁有IBM、三星、GlobalFoundries的聯(lián)盟能否在3D晶體管技術(shù)中搶占市場(chǎng)先機(jī)，讓我們拭目以待吧。