电子产品世界

　　Intel于2002年起投入3D晶体管的研发，并于2011年正式量产3D化的3栅晶体管技术(3-D Tri-Gate transistors)，并应用于Ivy Bridge的22nm处理器以及SoC产品，具有低功耗与高效能相结合的优点，此后，Altera公司则在其主流FPGA产品中采用了14nm的该项技术。

　　FinFET (FinField-Effect Transistor鳍式场效晶体管)是一种新的互补金属氧半导体(CMOS)晶体管，在FinFET架构中，门控类似鱼鳍的叉状3D架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大大缩短晶体管的栅长。今天业界从28nm过渡到20nm时降低成本成为面临的一大难题，因而大部分公司在16nm或14nm工艺上都考虑采用FinFET 3D技术。但FinFET在设计方面遇到的最大挑战是必须进行FinFET验证，至于3D化的挑战则在于几家主要的业者尚未支持堆栈式芯片架构，目前只有台积电可支持堆栈芯片，以及三星正研发3D堆栈芯片。未来FinFET或还可应用于锗和三五族元素的制作中。

　　碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断展现出来。在2014年国际电子组件会议(IEDM)上，斯坦福大学(Stanford University)的研究人员展示了采用碳纳米管的3D 芯片，碳纳米管重新赢得了研究人员的兴趣，它可以取代采用TSV(硅穿孔技术)的3D芯片。TSV用铜填充硅片孔洞，而铜遇热会比周围的硅材料膨胀更多，而碳纳米管的热膨胀系数则与周围的硅差不多，此外与铜相较，纳米管的传导性更高、重量更轻。不过，以碳纳米管取代TSV要达到量产还需克服一大障碍，就是制程的温度：碳纳米管通常在摄氏700°之下进行生产，但CMOS芯片在超过摄氏450°的环境下就会受损，据说如以独立制程生产纳米管，再以机械方法进行填充，或需5年时间。

　　3D-TSV封装技术是实现多功能、高性能、高可靠且更轻、更薄、更小的系统级封装最有效的技术途径之一，常用于DRAM的3D化。美国Micron公司即用此法开发了专用控制器上的叠层DRAM，去年开始供应4片2GB叠层的4GbDRAM和8片叠层的4GB产品。韩国Hynix和三星公司也分别在开发和出货通过30-TSV技术的DRAM。

新材料

　　大多数三五族(III-V)元素，包括铟(In)、镓(Ga)、砷(As)以及磷(P)都有比硅晶体管沟道更高的电子迁移率，可提升芯片效能与节省电能,被视为产业明日之星，甚至宣传“将无限延长摩尔定律寿命”。其中，砷化鎵GaAs)、砷化铟 (InAs)和砷化铟镓(InGaAs)等化合物尤其引人瞩目，例如砷化镓不仅能提升晶体管性能，还可整合光学电路的功能。

　　在绝缘硅片上嫁接三五族化合物的关键是纳米线。美国康乃狄克大学(University of Connecticut)通过POET(Planar Opto Electronic Technology-平面光电技术)形成晶体管沟道，适用于SOI(绝缘硅片)基板上嫁接三五族化合物半导体。IBM公司则在研发模板辅助选择性外延(TASE-Template-Assisted Selective Epitaxy)技术形成纳米级空穴结构和多栅FET(MulG-FET)，以便在绝缘体基板上生长出几乎没有缺陷的化合物半导体晶体管的纳米线技术。

　　最近IBM公司宣布，采用锗硅(SiGe)材料和7nm工艺开发出了锗硅芯片，形成了分子大小的开关，其计算能力约为当前最强芯片的4倍，可用以制造最强大的超级计算机。

　　数据中心新结构

　　数据中心(data centric)取代传统的处理中心(processing Centric)结构虽然沿用了诺依曼结构和CMOS技术，但由于采用了存储类内存(SCM-Storage Class Memory)扩大了内存容量，提高了数据传输速度从而改善系统的性能。这类内存除NAND闪存外，还有MRAM(磁性随机存取内存)、PRAM(相变化内存)、ReRAM(可变电阻内存)及STT-MRAM(Spin Transfer Torque Magnetoresistive Random Access Memory自旋转移矩磁阻随机内存储器)等，这些新技术具有非易失性、运行速度快、读写次数无限等特性，当然，彼此之间也存在着竞争关系。开发或供应的公司甚多，其中ReRAM和STT-MRAM新一代存储器尤受人瞩目，STT-MRAM非常适于目前许多主流应用，作为内存技术，它既有DRAM和SRAM的高性能，又有闪存的低功耗和低成本优势，并可可沿用现有的CMOS制造技术并采用10纳米工艺。

　　非诺依曼结构

　　传统计算机无不采用诺依曼结构(采用二进制，按程序顺序执行)而非诺依曼结构则是由数据而不是指令来驱动程序执行的。当前热议的非诺依曼结构计算机包括量子计算机和仿(人)脑计算机。量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。依靠量子的多态性，其速度远胜传统电脑，因为量子不像半导体只能记录0与1，而可以同时表示多种状态。各国(包括中国)都在研究，据国外媒体今年4月报道, IBM研究人员完成了四量子位原型电路，为推出量子计算机奠定了基础。量子计算机可以用来破解当今最强大的加密方式，也可搜索数量难以想象的数据。IBM的研究人员认为，能计算数百量子位的计算机可望在5到10年内出现，但尚不清楚究竟需要多长时间量子计算机才能取代传统电脑。据传谷歌也推出了自己的量子电路，加拿大D-Wave公司更宣布已成功开发出量子计算机。一句话：“IBM量子计算机获(得)关键突破，十年内(将)终结摩尔定律”。

　　过去的几年里，科技公司和科研人员都在努力研制神经形态计算机用的基本构件——即模拟人脑能力的芯片，它既有分析能力，又有人脑般的直觉，从而可处理大量的数据。去年8月，IBM发表了具有脑神经细胞和神经突触功能集成电路组成的神经结构(neuromorphic)芯片-“TrueNorth”，可用以建造仿脑计算机。这种计算机模仿人脑结构，使用毫米尺寸的芯片，大大节能，可以置入眼镜、腕表，以及其他可穿戴设备中去，作医疗辅助之用。虽然这类芯片不像诺依曼结构芯片那样具有通用性，但在特定应用方面则具有巨大的优势，据说高通公司今年5月发表了具有仿脑计算技术的“Zeroth”芯片，可用以识别图像、语音等。目前，仿脑计算机的研发还处于初始阶段，尚有许多困难有待克服。无论如何，这是人们开发未来崭新一代计算机的方向。

参考文献：

　　[1]陶然.守望摩尔定律[J].电子产品世界,2010(6)

　　[2]草木.回望摩尔定律40年[J].电子必威娱乐平台 ,2009(9)

关键词： 摩尔定律 Intel公司 工艺微细化 信息 3D化 三五族半导体 量子计算机 仿脑计算机 201509

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