50年前，英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了摩爾定律：集成電路上可容納的電晶體（晶體管）數(shù)目，約每隔24個月便會增加一倍。最近幾十年，這個定律堪稱科技界的鐵律，無論是半導(dǎo)體制造商還是芯片設(shè)計商，幾乎都在按照這個規(guī)律發(fā)展。

但是，最近兩年，以英特爾為首的半導(dǎo)體廠商開始放慢制程的升級迭代之路，而人們也不得不開始討論摩爾定律的預(yù)言是否已經(jīng)失效，半導(dǎo)體廠商又該如何面對這樣的挑戰(zhàn)？

從最近一期的半導(dǎo)體國際技術(shù)路線圖上可以看出，到2021年，微處理器內(nèi)部的晶體管的尺寸縮小的進(jìn)度不是放緩，而是將停止縮小，這也就意味著推動半導(dǎo)體行業(yè)變革的摩爾定律將正式退出歷史舞臺。

延續(xù)摩爾定律究竟有多難？

實際上，過去幾十年半導(dǎo)體行業(yè)也沒有和摩爾定律完全保持一致的節(jié)奏。

從 1965 年到 1975 年，芯片上的晶體管數(shù)量幾乎每年都會翻番；然而在1975年之后，由于技術(shù)的限制，周期變?yōu)榱藘赡?；到上世紀(jì) 90 年代末，又回到了正規(guī)。

而現(xiàn)在半導(dǎo)體廠商又面臨了什么樣的困難？

目前，半導(dǎo)體制造商最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程已經(jīng)達(dá)到了14nm，正在朝著10nm前進(jìn)，但這幾乎已經(jīng)無限接近硅材料的物理極限。有人會說，未來還會有7nm和5nm，但事實真會如此嗎？

如果繼續(xù)按照摩爾定律來研發(fā)更高級的工藝制程，會面臨物理和經(jīng)濟(jì)（投入產(chǎn)出比）兩方面的挑戰(zhàn)。

摩爾定律本身是一條物理定律，但是在硅晶體管的尺寸接近10nm的時候，柵氧化層的厚度只相當(dāng)于十個原子的厚度。這就會極易產(chǎn)生量子效應(yīng)，并且導(dǎo)致晶體管的特性難以控制，例如漏電問題。對半導(dǎo)體廠商而言，這是一堵穿不透的墻。

除此之外，因為晶體管尺寸的縮小，芯片制造成本在逐漸增加，長期以往每顆芯片的毛利率甚至還會低于制造的成本。很明顯，未來大多數(shù)廠商會因投入產(chǎn)出比而選擇更具商業(yè)價值的制程。

如何應(yīng)對？

即便半導(dǎo)體制造商無法進(jìn)一步縮小晶體管的尺寸，但這并不代表半導(dǎo)體行業(yè)就此停滯不前，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為有兩種方案值得嘗試。

不少業(yè)內(nèi)人士表示，雖然晶體管的尺寸無法縮小，但未來能夠取而代之的是通過堆疊技術(shù)來提升晶體管的密度，這一技術(shù)成熟后就可同時保證經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。

目前，這樣的3D技術(shù)事實上已經(jīng)在存儲芯片上得到了應(yīng)用，例如英特爾推出的3DxPoint閃存技術(shù)，它在壽命、存儲速度以及容量密度上都要比傳統(tǒng)閃存高幾個level，另外，三星和閃迪等存儲廠商也已經(jīng)在這一領(lǐng)域推出了各自的產(chǎn)品。

另外，業(yè)界還認(rèn)為我們可以尋找硅材料的替代品，例如利用新型納米材料可能做出接近分子大小的電路。為此，國內(nèi)外已經(jīng)在著手研究這些新的材料。

這眾多可能成為硅的繼任者之中，石墨烯的呼聲無疑是最高的，任正非就曾公開表示，石墨烯時代顛覆硅時代。

石墨烯之所以能受到業(yè)界的青睞，是因為它比硅材料有過之而無不及，它是世界上最薄、導(dǎo)電性能最強(qiáng)的材料。石墨烯只有一個原子厚，并且具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電效高等優(yōu)異特性，當(dāng)石墨烯與與其他元素?fù)诫s或復(fù)合也可具有半導(dǎo)體特性。

不過制約石墨烯商業(yè)化的是，這種材料目前仍然無法量產(chǎn)，而且石墨烯制備成本也一直居高不下，制造一克石墨烯材料比黃金還要貴出不少。

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