IEDM 2021：英特尔展示推进摩尔定律的三大技术突破

随着芯片技术在纳米量级的不断发展，摩尔定律似乎走到了尽头。为持续推进摩尔定律，英特尔不断进行研究和创新，其在封装、晶体管和量子物理学方面的三大关键技术突破或许能够将摩尔定律延续至2025年甚至更远的未来。

但随着晶体管密度的不断提高，先进制程芯片成本显著提高，摩尔定律是半导体技术发展的唯一通途吗？

日前举行的IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM，国际电子器件会议）2021上，英特尔公布了其在不懈推进摩尔定律的过程中，在封装、晶体管、量子物理学方面的技术突破，概要论述了采用混合键合（hybrid bonding）技术，封装提升超过10倍互联密度、晶体管微缩完成30%~50%面积改善、新电源和新内存技术重大突破，以及未来某个时刻将彻底颠覆运算的新物理概念。

摩尔定律长期指引着 IT 行业的计算创新，以满足从大型机、到移动计算设备的每一次技术迭代需求。随着我们进入一个拥有无限数据和人工智能计算的新时代，这种演变时至今日仍在持续。英特尔器件研发团队致力于在三个关键领域持续创新：

1. 用于容纳更多晶体管的基础缩放技术
2. 用于功率和存储增益的新硅功能
3. 探索物理学领域的新概念，以彻底颠覆这个世界的现有计算方式

一是通过 Foveros Direct、RibbonFET 及新材料的引入，持续提升晶体管密度。

Foveros Direct 技术支持亚 10 微米的凸点间距，有望将 3D 堆叠的互连密度再提升一个数量级，预计可将封装互连密度提升至 10 倍以上。这项技术支持将CPU、GPU、IO芯片紧密结合在一起，可兼容来自不同厂商的芯片混合进行封装。GAA RibbonFET （Gate-ALL-Around RibbonFET，环绕栅极）技术则作为FinFET的替代，可以将NMOS和PMOS堆叠在一起，即使在制程不便的情况下，将晶体管密度提升30%-50%，延续摩尔定律。英特尔还表示，可以将单层二硫化钼（MoS2）引入芯片制造中，是连接距离从15nm缩小至5nm，解决传统硅基芯片的物理限制。

二是高效的电源技术和 FeRAM 技术。

英特尔已经首次实现在300mm硅晶圆上，制造出氮化镓基（GaNg-based）功率器件与硅基CMOS。这项电源技术使得电源管理芯片可以更加精准快速第控制CPU的电压，有助于降低功耗，同时还能够减少主板上的供电元器件，达到节省主板空间的目的。英特尔还利用新型铁（Fe）电体材料作为下一代嵌入式DRAM技术的可行方案。该技术可提供更大内存资源和低时延读写能力，用于解决从游戏到人工智能等计算应用所勉励的日益复杂的问题。

三是全新磁电自旋轨道（MESO）逻辑器件。

随着未来晶体管密度进一步提升，传统的硅基芯片将面临难以超越的物理极限。英特尔与比利时微电子研究中心（IMEC）在自旋电子材料研究方面取得了新进展，在 IEDM大会上，展示了全球首个室温状态下的实现磁电自旋轨道（MESO）的逻辑器件，这意味着未来有可能采用基于纳米初度的磁体器件制造出新型晶体管的潜在可能性，以取代传统的MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）晶体管。