浅析摩尔定律的三个发展趋势

中兴事件以来，中国集成电路行业的发展受到全国人民的关注。许多人群情激奋，恨不得马上自力更生，赶上先进。也有一些人认为现在的世界经济是一个综合体，一个国家不可能样样领先，需要时日。正好，本月IEEE Spectrum 2018/11月号，发表一个新闻，“3 DIRECTIONS FOR MOORE’S LAW”，我想对大家关心的这个问题有参考价值，特介绍于此。

近年来晶体管尺寸日益减小已经成为一个昂贵而棘手的问题,，以致只剩4家逻辑芯片制造商继续在这个方向做数十亿美元的努力-----它们是全球晶圆（GlobalFoundries）、英特尔、三星和台积电。其他公司只是在观望。他们也许想：假如你有这笔钱，也许买俩智能手机，增加一些功能，照样提高性能，而不去考虑减小晶体管尺寸的事。

（1）坏消息

今年八月，全球晶圆叫停了芯片制造过程的一个顶尖开发项目。原来它计划移到7纳米节点，然后开始用超紫外光刻（EUV），以节省制造过程的花费。从而可以进一步开发更先进的5纳米甚至3纳米节点。在纽约州马尔他的8号设备，即使装备了2台EUV，也未能成功。公司不得不卖了这EUV系统，回归到原来的制造者，即阿斯麦控股。全球晶圆首席技术官Gary Patton说：“我们完全从数字出发，对于尖端技术人员转去搞研究，那是一种侵蚀。”最后，公司决定回到盈利上来。”

全球晶圆不是唯一一家为新工艺奋斗的公司。英特尔今年早些时候透露，将到2019年才移到10纳米工艺。（英特尔的10纳米工艺基本上等价于其他公司的7纳米工艺。）

（2）好消息

在台积电，7纳米已经过关。在9月，苹果高管们说，iPhone X和X Max手机已经用了7纳米工艺生产的处理器。几个星期前，华为推出了他们自己的7纳米手机处理器，几周以后，该手机就推向了市场。这两家公司的芯片都是台积电生产的，台积电成了实际的胜利者。

台积电今年4月开始7纳米技术产品的批量生产，而且其趋势看涨。台积电看到了跟随摩尔定律的好处（下图）。台积电主席Mark Liu 9月在***半导体会议上说：“工艺尺寸会继续走向3纳米和2纳米。”同时，其竞争者三星电子将在今年底或明年初推出商用7纳米产品。

当然，7纳米并不是所有地方都是7纳米。达到这个边缘的厂家在扩展，新的厂家也在建设。根据世界工厂预测报告，半导体设备及材料协会说，花费在芯片制造设备的资金在2018年增长14%，达到628亿美元，而对新厂建设的投资4年内将达到170亿美元。

（3）审视

实际上，究竟是谁需要这样不断缩小的尺寸？不爬摩尔定律这把梯子，还有许多办法可以提高性能。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）的电子复兴计划有一个6100万美元的项目，计划用几十年前的老生产过程制作3D单片集成芯片，以便和7纳米技术做比较。这个项目集中在明尼苏达州布卢明顿的SkyWater技术工厂，那是一个90纳米硅片生产厂。其技术是要在通常的CMOS芯片上面生产出碳纳米管的晶体管和电阻RAM存储器。SkyWater总裁Tom Sonderman说：“如果能像计划那样完成的话，尺寸就可以回到90纳米，在那基础上改进。”

另一个解决办法来自硅谷的Atomera公司，它开发了一种技术，提高晶体管速度，减少同一芯片上装置之间的可变性，并且，用保持其早期状态的办法提高了这些装置的可靠性。它让原子那么薄的氧层埋在晶体管硅面之下。Atomera把这个方法叫做米尔斯硅技术（MST），使芯片设计者可以不减小晶体管尺寸而提高晶体管性能。该公司的总裁和CEO Scott Biband说：“它可以用于所有不同的工艺节点，包括传统的模拟以及正在开发的新节点。”

中国大陆有中国的情况。我国现在还达不到和这些公司比试的程度，而且，我国基本上靠国家投资。国家投资无非是政府拿主意，请一些有识之士、千人，论证一番，就开干。但这事真是大事，必须慎重。几百上千亿的钱投下去了，成功则皆大欢喜；失败就骑虎难下了。我觉得可能还是按产业发展的规律办事更好一些。