技术|IBM和三星发布芯片新架构:让手机待机一周、性能提升两倍

12月15日 , 在加州旧金山举办的第 67 届国际电子器件会议(IEDM 2021)上 , IBM 透露它和三星的合作在半导体设计上取得了“突破” , 提出了一种全新芯片制造工艺 VTFET 。
VTFET , 即垂直传输场效应晶体管 , 旨在取代当前用于当今一些最先进芯片的 FinFET (鳍式场效应晶体管)技术 , 并能够让芯片上的晶体管分布更加密集 。 这样的布局将让电流在晶体管堆叠中上下流动 , 而在目前大多数芯片上使用的设计中 , 电流是水平流动的 。
相比 FinFET , VTFET能让晶体管使用更大的电流 , 同时减少了能源浪费 , 可以有两倍性能提升 , 或者减少85%能耗 。
IBM研究院混合云和系统副总裁Mukesh Khare博士说道:“VTFET制造工艺是关于挑战传统 , 并重新思考我们如何继续推进社会 , 提供改善生活、商业和减少环境影响的新创新 。 ”
延续摩尔定律
1965 年 , 计算机科学家戈登 · 摩尔提出著名的摩尔定律假设:

集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过 18 个月便会增加一倍 , 同时计算机的运行速度和存储容量也翻一番 。
然而当前可以塞进单个芯片的晶体管数量几乎达到了极限 。 为了延续摩尔假设的速度和计算能力的进步 , 我们需要制造具有多达 1000 亿个晶体管的芯片 。
VTFET技术工艺通过放宽晶体管门长度、间隔厚度和触点尺寸的物理限制来解决缩放障碍 , 并在性能和能耗方面对这些功能进行优化 。
通过 VTFET , IBM 和三星成功地证明了在半导体设计中 , 探索纳米片技术以外的缩放性能是可能的 。
IBM 和三星合作研究的半导体设计的突破性进展 , 有助于摩尔定律在未来几年保持活力 , 并重塑半导体行业 。
未来芯片方向
虽然我们无从知晓 VTFET 设计工艺何时能够制成芯片为我们所用 , 但是IBM和三星已经提出了一些大胆的想法:
手机充一次电可以用一周;
数据加密等能源密集型流程需要的能源会大大减少 , 碳足迹也会更小;
用于更强大的物联网设备 , 使它们能够在更多样化的环境中运行 , 如海洋浮标、自动驾驶汽车和航天器 。
除IBM和三星 , 英特尔也在今年夏天公布了其即将推出的 RibbonFET(英特尔首款全环栅晶体管)设计 , 这是其在FinFET技术上获得的专利 。 这项技术将成为英特尔 20A 代半导体产品的一部分 , 而20A代芯片则计划于 2024 年开始量产 。
【技术|IBM和三星发布芯片新架构:让手机待机一周、性能提升两倍】半导体的垂直设计已经发展许久 , 并从现在通用的FinFET技术中获得了一定的灵感 。 当平面空间已经更难让晶体管进行堆叠时 , 未来唯一真正的方向或许就是向上堆叠 。

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