近日，三星與IBM聯(lián)合與2021年12月國(guó)際電子元件會(huì)議（International Electron Devices Meeting；IEDM），宣布研發(fā)出突破1納米工藝以下的新晶體管技術(shù)。IEDM是一種在芯片上垂直堆疊晶體管的新設(shè)計(jì)。

目前的處理器和單片機(jī)，是將晶體管平放在硅表面上，然后電流從一側(cè)流向另一側(cè)。然而，三星與IBM則宣稱(chēng)研發(fā)出垂直傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Vertical Transport Field Effect Transistors；VTFET），是透過(guò)彼此垂直堆疊之下，讓電流垂直流動(dòng)來(lái)達(dá)成。

VTFET設(shè)計(jì)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，可以繞過(guò)許多性能限制，將摩爾定律擴(kuò)展到1納米瓶頸之外物理限制。更重要的是，由于電流更大，該設(shè)計(jì)減少了能源浪費(fèi)。根據(jù)這兩家公司的估計(jì)，VTFET將使處理器的速度比采用FinFET晶體管設(shè)計(jì)的芯片快了兩倍，且功耗降低85%。

也就是說(shuō)，采用這種晶體管設(shè)計(jì)的芯片可能有朝一日允許手機(jī)一次充電之下，可以使用整整一周的時(shí)間。此外，它還可以使某些需要能源密集型任務(wù)（包括：加密采礦）變得更加節(jié)能，對(duì)與環(huán)境的影響也變得較小。由于這是實(shí)驗(yàn)室做出來(lái)的結(jié)果，因此IBM和三星都尚未透露他們計(jì)劃何時(shí)將該設(shè)計(jì)商業(yè)化。

臺(tái)積電方面，2021年5月中旬，臺(tái)積電聯(lián)手臺(tái)大與MIT才研發(fā)出單層（Monolayers）或二維（two-dimensional）材料結(jié)合半金屬鉍（Bi）能達(dá)到極低的電阻，接近量子極限，有助與實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體1納米以下的艱巨挑戰(zhàn)。

英特爾方面，2021年7月表示，其目標(biāo)是在2024年之前完成埃級(jí)（Angstrom-scale）芯片的設(shè)計(jì)，也就是1納米芯片設(shè)計(jì)。英特爾計(jì)劃使用其新的英特爾20A節(jié)點(diǎn)和RibbonFET晶體管來(lái)完成這一設(shè)計(jì)。

根據(jù)Insights預(yù)計(jì)2027年全球半導(dǎo)體制造設(shè)備市場(chǎng)銷(xiāo)售額可超越900億美元。其中，二維技術(shù)在2020年占據(jù)了超過(guò)30%的營(yíng)收比例，原因是該架構(gòu)提供了多種功能，例如堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)、低功耗和低成本營(yíng)運(yùn)。其也認(rèn)為合作開(kāi)發(fā)基與二維材料的IC是值得關(guān)注的領(lǐng)域。因?yàn)樵?納米芯片中使用二維材料可以顯著降低半導(dǎo)體中的電阻并增強(qiáng)電流，且較有機(jī)會(huì)在較早階段進(jìn)入實(shí)際量產(chǎn)，這是其優(yōu)勢(shì)。這也是IBM與三星無(wú)法透露采用VTFET技術(shù)的1納米工藝何時(shí)可以進(jìn)入量產(chǎn)的原因。畢竟，研發(fā)是一回事，能否進(jìn)入量產(chǎn)又是另一回事。

以上就是英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師分享的“三星與IBM宣布突破1納米工藝晶體管技術(shù)”。英銳恩專(zhuān)注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。