晶体管需要变革

十多年来，半导体行业正在对一种新的晶体管类型进行首次重大改变，朝着称为环栅 (GAA) FET 的下一代结构迈进。

尽管 GAA 晶体管尚未出货，但许多行业专家想知道这项技术将交付多长时间 – 以及将从那里接管的新架构。根据各种路线图，除非出现重大延误，否则今天的 GAA 结构应该在产品的三个技术节点耗尽之前执行和扩展。

除此之外，业界正在评估几种晶体管候选者，但每一个都存在技术差距。即使是开发一种候选产品以成功将 CMOS FET 延长十年，也需要大量资源和创新。

不过，从短期来看，该行业有一条向性能最高的芯片迁移的明确路径。传统上，为了推进新芯片，IC 供应商会开发一种片上系统 (SoC)，然后在每一代设备上塞入更多晶体管。晶体管是芯片中的关键组成部分，其作用类似于设备中的开关。

这个公式称为芯片缩放，只要业界能够开发出新的更快的晶体管，这些晶体管消耗相同或更低的功率，每个芯片的成本大致相同。自 2011 年以来，供应商一直在销售基于一种先进晶体管类型的芯片——finFET。然而，finFET 将很快接近其极限，这促使 3nm 和/或 2nm 工艺节点需要新技术。（节点是指一代技术的性能规范、工艺技术和设计规则。工艺技术是用于在晶圆厂制造芯片的配方。芯片行业开始将超过 2nm 的节点称为埃节点。）

在 2nm 和3nm，领先的代工厂及其客户最终将迁移到称为纳米片 FET 的 GAA 晶体管类型。GAA FET 以比 finFET 更低的功率提供更高的性能，但它们的设计和制造成本更高。

工程师们知道，即使是今天的 GAA 设计最终也会遇到性能限制。该行业正在通过评估 2nm 以外的几种未来晶体管类型来提前规划，包括 2D 器件、碳纳米管 FET、CFET、叉板 FET 和垂直传输 FET。到目前为止，关于 2nm 的共识很少。

虽然这些新颖的结构可以提供惊人的电气特性，但它们很难制造。结果，大多数人永远不会从实验室搬到晶圆厂。实际上，业界只能支持一个晶体管候选者。

这不是唯一的考虑。“（我们有）新的晶体管架构，”英特尔高级总监兼首席工程师林忠勋在最近的 IEDM 会议上发表演讲时说。“除了晶体管方面的技术外，还涉及到新的架构，例如新的电力输送系统。此外，还有包装，它很受欢迎且很重要。”

事实上，小芯片是一种先进的封装形式，由于多种原因引起了轰动。使用小芯片，裸片设计被分解成更小的裸片，一旦制造和分割，它们就会重新聚合成一个先进的封装。小芯片方法加快了上市时间，提高了产量，并可能降低了成本。随着间距缩放变得更加困难和昂贵，堆叠小芯片设计成为特定高性能应用的引人注目的解决方案。

总而言之，优化从晶体管到系统的性能的整体方法对于保持行业的性能步伐变得必要。

来源：semiengineering

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