隨著傳統的CMOS微縮時代逐漸邁向尾聲,工程師開始轉向新的材料、製造技術、架構與結構;半導體產業協會(Semiconductor Industry Association;SIA)日前也針對如何在未來幾年內持續保有半導體技術創新,制定了一系列的研究重點。

SIA與半導體研究機構Semiconductor Research Corp. (SRC)共同研究,並發佈了一份73頁的報告,列出14個被確定為研究重點的領域。該列表中包括認知運算、互連技術、下一代製造和電源管理等項目。該報告並呼籲「針對傳統矽基半導體以外的新技術進行強大的政府和產業投資」。

《半導體研究機會:產業願景與方向》(Semiconductor Research Opportunities: An Industry Vision and Guide)是由七十多位貢獻者歷經九個月的時間撰寫而成,包括來自半導體、航太與國防產業等領域的知名公司。參與的公司包括英特爾(Intel)、德州儀器(Texas Instruments;TI)、高通(Qualcomm)、IBM、美光(Micron)、台積電(TSMC)、亞德諾(ADI)以及應材(Applied Materials)等公司。

該研究報告指出,傳統的矽基半導體技術形成了摩爾定律(Moore’s Law)的基礎,並在數十年來持續落實於產業界,如今它正日益成熟,業界也越來越迫切需要一種超越矽晶的新技術藍圖。

「在馮紐曼(von Neuman)運算領域所要求的進展,諸如低功耗、低電壓、超越CMOS邏輯與記憶體元件及其相關材料,」該報告中提到,「而在非von Neumann運算領域。新的記憶體元素與材料也具有推動半導體產業前進與創新的潛力。」

SIA政府事務副總裁David Isaacs指出,這份報告旨在用於與決策者、業界代表和其他讀者討論,協助推動資助計劃,以及為優先研究贊助計劃提供建議。Isaacs說:「我們想試著勾勒出我們認為得以為半導體技術延續下一代創新的重要研究課題。」

CMOS微縮時代告終?

半導體產業觀察家早已預言矽晶時代終將劃下句點,因為克服與晶片電晶體數量倍增有關的實體挑戰變得越來越艱巨,再也無法以可靠且具經濟效益的方式實現。就在上週,致力於新版半導體技術藍圖的工程師發表了一份白皮書,預測傳統的半導體微縮將在2024年終結。而在那之後,「將不再有足夠的空間佈局觸點。」

然而,多位業界預言家也指出,各種不斷推陳出新的元件類型、晶片堆疊和系統創新,都為持續提升運算性能以及降低功耗與成本帶來了希望。

SIA總裁John Neuffer表示:「為了實現足以推動經濟成長和社會轉型的各種技術,我們的產業已將摩爾定律推向令人難以置信的極限。」

「而今,要維持在相同尺寸晶片上增加更多電晶體的突破性步伐,逐漸變得越來越具挑戰性且十分昂貴,業界、學術界與政府必須加強研究夥伴關係,共同探索半導體創新的新領域,並促進新興技術的持續成長。」

據統計,2016年全球半導體產業營收約為565億美元,其中有15.5%用於研發,這一研發比重已較任何產業更高出許多。Issac表示,美國晶片公司投入研發的營收比重接近20%,是有產業中最高的。

英特爾的觀點

英特爾負責製造、銷售與行銷的執行副總裁Stacy Smith在日前的部落格文章中強調,摩爾定律並不會在近期終結。他說,英特爾對於代7nm與5nm已經規劃好發展藍圖了,未來將持續著眼於未來三個世代(約7-9年)的進展。

「沒錯,有一天我們可能會達到實體極限,但並不會在近期出現。」

SRC執行總監An Chen指出,這份報告的目的並不在於預測摩爾定律的終結,儘管不同的公司對此都有不同的定義,但它確實承認傳統的尺寸微縮正逐漸減緩或即將結束,而無法繼續推動產業前進。

「這份報告並未宣稱任何定律或任何技術的結束,」Chen說,「但技術驅動力的結束已在業界持續幾十年了。」

SRC是協調和監督由政府和產業資助的大學研究計劃之技術研究聯盟。Isaacs表示,該報告的出版是SIA為了扭轉半導體技術投資不足的趨勢做的一部份努力。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Chip Industry Outlines Post-CMOS Research Focus,by Dylan McGrath)