摩尔定律既已失效，我们该用什么要领权衡半导体前进？

ARM公司首席研究工程师Brian Cline表明道，这两项值可以算是新型制程节点中成立根基逻辑的“最小公分母”。而两个值的乘积，也可以或许很好地估算晶体管的最小也许面积。而其他各个计划步调（包罗逻辑组成、SRAM单位、电路块等）城市不绝增进这个最小面积的现实数值。他暗示，“在对物理特性的全心计划之下，精采的逻辑制程应该可以或许将这个值保持在最低程度。”

IEEE国际装备与体系成长蹊径图（IRDS）主席Gargini在本年4月还提出，半导体行业将把打仗栅极节距（G）、金属节距（M）团结起来，成立起一项更能“反应实际”的三位数权衡指标。对付将来的芯片来说，最重要的将是芯片上的装备层数（T）。（IRDS是「国际半导体技能成长蹊径图」，即ITRS的继任者。ITRS曾是一项连续数十年之久的全行业研究项目，旨在猜测将来节点的各方面细节以辅佐半导体行业及各供给商成立起同一的成长方针。今朝ITRS已经失效，由IRDS继承包袱相干指导事变。）

曾率领ITRS相干事变的Gargini提到，“这三项参数，根基足以对晶体管密度做出全面评估。”

按照IRDS蹊径图来看，即将推出的5纳米芯片中的打仗栅极节距为48纳米，金属栅极节距为36纳米，且回收单层布局，因此可以表述为G48M36T1的情势。固然还不能完全办理题目，但这至少要比“5纳米节点”精确得多、也故意义得多。

与节点定名法一样，GMT指标中的栅极节距与金属节距值也将在将来十年中继承减小。但这种减小速率也将越来越慢，凭证今朝的速率来看，约莫会在十年之后到达终点。到当时，金属节距将靠近极紫外光刻所能操纵的极限。尽量上一代光刻性可以或许以经济高效的方法打破193纳米波长这一明晰极限，但人们广泛以为在极紫外光刻机上不会再有这样的不测惊喜。

Gargini暗示，“到2029年阁下，我们将达到光刻技能的极限。”在那之后，“独一的出路就只有堆叠……堆叠将是增进晶体管密度的独一途径。”

换言之，届时层数T将变得至关重要。今朝最先辈的硅CMOS还是单层晶体管，通过十多个金属互连层被链接至电路傍边。但假如我们可以或许构建起双层晶体管，那么器件的密度将可直接翻倍。

硅CMOS的可行性今朝仍受限于尝试室情形，但信托环境很快就会呈现起色。十多年来，行业研究职员一向在试探出产“单片式3D集成电路”的要领，即在芯片中一层又一层地堆叠晶体管。这并非易事，由于硅原料的加工温度凡是很高，因此在堆叠下一层时、每每会对上一层造成粉碎。尽量云云，部门家产研究事变（个中以比利时纳米技能研究公司Imec、法国CEA-Leti以及英特尔为代表）已经有所斩获。作为由此催生出的两种全新CMOS逻辑晶体管技能，NMOS与PMOS可以或许瓜代堆叠并为下一代处理赏罚器铺平成长阶梯。

更重要的是，即将呈现的非硅技能也有也许率先迈入3D期间。譬喻，麻省理工学院Max Shulaker传授和他的同事们就在实行开拓回收碳纳米管晶体管层的3D芯片。这类装备可以或许在相对较低的温度下制造加工，因此与传统硅芯片对比，这些“碳芯片”的多层布局好像更易于实现。

其他企业也致力于研究可以或许在硅原料上的金属互连层内构建逻辑或存储装备的方案，包罗行使稀薄半导体（如二硫化钨）制造微机器继电器与晶体管等。

约莫一年之前，一群闻名学者齐聚加州大学伯克利分校，就新尺度提出本身的观点。

专家们但愿找到一种新的指标，消除由节点倒计时带来的“末世”气氛。他们以为，最重要的是要担保新指标不再具有天然终点。换句话说，数字应该跟着前进而上升、而非不绝降落。其它，新指标还必需简朴、精确，并且与半导体技能改造的焦点方针（成果更强盛的计较体系）亲近相干。

学者们也都坦言，这个规模的研究对付青年才俊们确实缺乏吸引力。来由也很简朴：假如某个规模在可预见的将来十年内都不太也许取得打破，那么谁会乐意花四到六年接管相干专业教诲？为了扭转这一倒霉排场，专家们必需拿出更多创新办理方案，敦促计较技能重归成长快车道。

从这个角度来看，IRDS提出的GMT指标显然还不足完美。他们想要的抱负指标不只可以或许描写处理赏罚器的成长，同时也应该可以权衡计较机整系一切中其他对机能具有重要影响的要害身分。固然看起来好像野心过大，但个中也确有也许储藏着指导计较技能将来成长的根基思绪。

拆开英特尔Stratix 10现场可编程门阵列的封装，我们可以或许看到的毫不但有FPGA处理赏罚器。在封装之内，处理赏罚器芯片周边困绕着一系列“小芯片”，包罗两款高带宽DRAM芯片。处理赏罚器则通过一小片以高密度互连阵列蚀刻的芯片与内存相对接。

一台计较机的基本，就是逻辑、内存以及二者之间的毗连。因此，为了拿出可以或许服众的新指标，学者们最终选择了DL, DM与DC 三项参数，配合组成了LMC指标。

按照LMC指标的提倡者们所言，在这个以数据为中心的新期间下，DL, DM与DC 的晋升将配合为计较体系的整体速率与能源服从做出孝顺。三者可以或许浮现汗青数据，展示逻辑、内存与毗连性增添之间的关联性，也足以反应已往几十年间这三项固有指标的平衡增添。更令人惊奇的是，这种平衡相关合用于差异庞洪水平的种种计较体系——无论是移动装备、台式机照旧天下上最强盛的超等计较机，都可以借此加以描写。小构成员们暗示，这种平衡增添也将为计较体系勾勒出清楚的将来愿景。

LMC要领

LMC是一种更换性的芯片权衡指标，首要通过逻辑密度(DL)、主存储器密度(DM)以及二者之间的互连密度(DC)浮现一套体系的技能代价。

在LMC指标傍边，DL是指逻辑晶体管的密度，以每平方米的单位数目暗示；DM为每平方毫米的主存储器密度，以每平方毫米内存单位数目暗示；DC则为逻辑与主存储器之间的毗连，以每平方毫米的互连数暗示。对付多层装备可能3D芯片堆叠类方案，则权衡尺度可以转换为体积——而不光纯是平方毫米。

（编辑：湖南网）

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