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芯片已发展到2nm,摩尔定律会失效吗?芯片技术无法突破了吗?

日期:2023-4-80 次浏览

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2nm,2纳米,相当于2乘10负9次方米。

2nm芯片是指光刻机每次曝光时留下介质层的间距,不是指整个芯片大小只有2nm。例如如果用7nm的光刻机,要实现2nm的芯片,需要最少曝光4次。

摩尔定律:是指当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为只是观测或推测,而不是一个物理或自然的法则。预计到2020年(今年)之后,随着光刻机技术的提高,摩尔定律将被颠覆,也许6-8个月或者更短4-6个月,芯片可容纳的元器件的数目就会翻一倍。

从理论上说,可以做到1nm的芯片或者更小,但是成本会成倍增加。例如如果用7nm的光刻机实现1nm的芯片至少要曝光7次,而芯片的成本主要取决于曝光次数。所以2nm的芯片是成本和技术比较合理的一个匹配关系,但不是技术的瓶颈或极限。

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“芯片技术的下一次革命,这是上帝派发给中国人的任务。”这是我在大学里遇见的一位老师的原话。接下来我就问:突破摩尔定律的路线是什么?他的是有两条:一 是继续沿着摩尔定律往下走,虽然艰难,但摩尔定律的天花板人类尚未触及;二是从芯片材料上进行突破,或从硅基芯片向碳基芯片过渡,甚至未来不排除使用量子材料和量子技术;三是从理论上彻底突破半导体理论。

关于摩尔定律

摩尔定律并非物理学意义上的定律,它是一种经验性的定律,指的是积体电路中可容纳的电晶体数目,约 18 个月增加一倍,而这个定律主导科技产业数十年。

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摩尔定律一定会失效,因为物理规则和制造工艺不允许无限倍增而没有止境。

摩尔定律不是科学意义上的公理,它只是英特尔创始人摩尔的经验之谈,将其称之为“摩尔规律”更合适一些。

他认为:集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月便会增加一倍,因此处理器的性能每隔两年翻一倍,如此不断更新。

从1965年开始,如他预言般摩尔定律一直在兑现着性能翻番的神话,但是进入2010年代后,摩尔定律的脚步明显愈来愈慢。

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感谢您的阅读!

【芯片技术已经突破2nm,“自然法则”摩尔定律怎么可能失效了呢?】

摩尔定律是什么?如果了解了这个内容,对于我们了解摩尔定律是非常有必要的,也对于了解到底摩尔定律是不是“自然法则”有很重要的理解。

摩尔定律非自然法则,我们需要知道的是,摩尔定律是——

当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

但是,我们原以为它是自然法则,实际上它是一种价格规律,并非是自然法则。甚至于它是某个阶段的价格规律,并非是一尘不变的,不可改变的法则。可是,就算法则,依然可能被打破,比如牛顿的力学和爱因斯坦的相对论,实际上就是一种打破和被打破的关系。

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谢谢您的问题。芯片发展到2nm,摩尔定律会以新的形式存在。

技术方面的摩尔定律。这里面有物理定律的发挥作用,讲的是摩尔定律大致体现了集成电路容纳的晶体管数目,18个月约增加1倍。由于台积电在2nm之后会怎么走,没有确切消息。部分人认为2nm是物理极限,标志着摩尔定律的消失。不过这种假设都是立足于同等材料硅晶体,如果今后换做石墨烯、硅烯等新材料,摩尔定律可能又会回到新起点,重新奏效。

成本方面的摩尔定律。大致是说,每18个月芯片的运算性能提升一倍,成本或者价格会降低一半。这个角度的摩尔定律是必然的,芯片技术进步与普及,需要廉价,这是其生存的根本条件。万物互联,芯片会搭载于众多终端,芯片价格会不会像雷军说的像沙子一样?

摩尔定律关键要看性能。芯片所搭载的终端性能有用,是摩尔定律延续的根本原因。目前手机性能过剩,就会有新的技术和应用出现,带动用户购买,倒逼芯片进步。随着人工智能等技术嵌入芯片,摩尔定律的内涵可能会发生变化。反正,如果芯片技术停滞,摩尔定律关于技术与成本的考虑,就缺乏参考价值。

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【“摩尔定律”并不会失效,会继续保持,传统的半导体材料已经无法突破芯片的技术屏障,光芯片才是未来发展发向】

1纳米相当于一根头发丝直径的六万分之一大小,一颗芯片上至少有上百亿个晶体管,且一般来说晶体管的数量越多,性能就越强。


为了在让芯片拥有更强大的处理性能,在单核不能满足使用的情况下,多核心技术被广泛应用。核心数量增加会带来更大的功耗,体积也会相应增加。这个时候只能通过将晶体管做的越来越小,同体积下的芯片就能存放更多的晶体管了,做更多的运算了。

但随着工艺技术的升级,目前ASML的芯片纳米技术已经突破到3nm,2nm技术也在研发。在技术达到一定瓶颈的时候,想要再突破0.01都要付出比之前上百倍的成本代价,这样必然会打破之前的生态平衡。增加成本,实用性就变得不强。毕竟谁也不会花几倍的价钱只为了升级相差不大的性能。

光芯片

在面临这种困难的时候,人类推出了一个新的芯片概念,或将继续推动摩尔定律的前进,那就是光芯片,并且由Intel公司与美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)的研究人员成功研发出了世界上首个采用标准硅工艺制造的电力混合硅激光器。这意味着高带宽、高效率的硅光子学设备的障碍取得突破。光芯片相当于普通的芯片传输速度更高,也就意味着每秒计算的次数会更快。甚至是成几何倍数的增长,或许在未来的不就,Intel就不用再“挤牙膏”了。

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一、芯片的构成,工艺代表着什么

众所周知,大家知道芯片是由晶体管构成的,晶体管的大小是不变的。而晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成,如果严格的来讲,制程工艺就是指源极到漏极的宽度,也就是栅极的宽度。

所以芯片工艺越小,这个栅级越小,对工艺技术的要求也就越高。

但是,大家也清楚,硅基芯片中的晶体管,最终还是由硅原子组成的,最小的晶体管也至少要比硅原子大吧,目前已知硅原子的直径大约是0.22nm,再考虑到原子之间的距离,理论极限至少是0.5nm。

所以说芯片工艺的极限应该在0.5-1nm之间,再小是不太可能的了,毕竟晶体管大小是摆在这里的。

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摩尔定律是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出。其内容为:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。我们要知道的是摩尔定律不是物理规律或者自然规律,只是对现象的观测或对未来的推测。所以从逻辑上来看,谁也无法保证摩尔定律会持续下去,所以大家担心摩尔定论失效是很正常的举动。

不过后来英特尔首席执行官大卫·豪斯根据摩尔定律提出,预计每18个月会将芯片的性能提高一倍,如果从这个角度来看,那摩尔定律显然还会具有很长的生命力,不过这个与题主所担心的现有工艺关系不是很大了,因为就算工艺制程被卡在某个节点,厂家还是有其他的办法来提高性能的,譬如Intel的14nm工艺用了这么久了,其性能在AMD崛起前挤牙膏,崛起后就可以做到迅速的提升(主要指多核性能)。

当然如果换成ARM处理器的话,那前面几年基本上真的是按照摩尔定律走的,譬如苹果的A9处理器,到苹果的A11处理器,其性能提升幅度很可观,基本上可以说翻倍了,但是越到后面可以发现有变缓的趋势,而这其实也是目前的普遍现象了,单核性能提升进展没有之前那么快了,提升性能往往是通过堆核心,提升周边的IO性能来进行升级了,而目前最新已经到了5nm工艺,台积电的3nm也有相关消息了,后续还有2nm,1nm,整体来看按照传统的玩法,玩到2030年应该没有问题。

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芯片发展到2nm,摩尔定律失效,芯片工艺停滞不前,那么我国有足够的时间追赶西方先进技术,甚至实现弯道超车吗?下文具体说一说。

科普:制程工艺

首先,我们要了解什么是制程工艺,所谓的7nm、5nm指的是什么,比拇指还小的芯片集成了上百亿的晶体管,这些晶体管长什么样子。单个晶体管的结构如下图所示▼。

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从经济学角度来看,摩尔定律只要有钱烧肯定就不会失效,从科技角度来看,科技是推动社会发展的第一生产力,只会不断的向前发展,所以摩尔定律不会失效,肯定还会有新技术等待突破。

芯片制程工艺从90nm到现在的7nm可以说一直是遵循着摩尔定律,而在这之前,就连当时提出提出了摩尔定律的戈登·摩尔本人,都认为摩尔定律将在2020年左右失效。但现状是台积电已经着手准备生产5nm的芯片了。