維持摩爾定律的“動力”在哪里？什么動力，讓整個產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)新?

“數(shù)據(jù)傳輸正是當今芯片中最耗能的環(huán)節(jié)，MAGNet采用了一系列新技術(shù)來協(xié)調(diào)并控制通過設(shè)備的信息流，從而最大限度地減少數(shù)據(jù)傳輸?！盉ill Dally介紹稱，MAGNet也是黃氏定律得以推動的例子之一。

另一方面，Bill Dally帶領(lǐng)的英偉達研究團隊也正在研究更快速的光鏈路取代現(xiàn)有IT系統(tǒng)內(nèi)的電氣鏈路。其中，一種名為“密集波分復用”的技術(shù)，有望在僅一毫米大小的芯片上實現(xiàn)Tb/s級別數(shù)據(jù)傳輸，是當前互連密度的十倍以上。

目前，英偉達的研究團隊與哥倫比亞大學合作，探討如何利用電信供應(yīng)商在其核心網(wǎng)絡(luò)中所采用的技術(shù)，通過一條光纖來傳輸數(shù)十路信號。

不過，市場雖然對黃氏定律給予肯定，但與摩爾定律相比，黃氏定律具體發(fā)展步調(diào)仍難以確定。黃氏定律所提到的運算處理能力，其實無法推而廣之，適用于各種應(yīng)用情境中。人工智能研究組織Open AI就表示，以典型的AI影像識別測試為例，雖然籠統(tǒng)來看，AI“性能”每年可增加一倍，但要如何對“性能”達成共識，仍然是一項挑戰(zhàn)。

然而不得不提的是，雖然臺積電確實很強大，但卻開始“站隊”美國，選擇加入了近期美國組建的“半導體聯(lián)盟”。明眼人都知道，美國成立這個聯(lián)盟，不僅僅是為了提高當?shù)氐男酒圃焖?，還有另外一個目的，就是繼續(xù)針對我們國內(nèi)的芯片事業(yè)。

由于美企技術(shù)在半導體行業(yè)占據(jù)了不可代替的地位，導致我們國內(nèi)的芯片廠商，很難再得到外界的供應(yīng)。比如說華為海思，正是因為得不到臺積電的代工，才會陷入芯片短缺的處境，直到現(xiàn)在都沒有恢復過來。

而這次臺積電又站在美國那邊，對于國內(nèi)而言自然不是什么好消息，如果美國得到臺積電最先進的技術(shù)，那么國產(chǎn)芯片的崛起就會變得更加被動。而且臺積電本質(zhì)上還是一家中企，不能為國產(chǎn)公司服務(wù)也就算了，還跑去與美國為伍，實在是讓人憤懣不平!

總而言之，臺積電在1nm制程芯片方面取得突破，對它自己而言肯定是有利的，但是對國內(nèi)卻無法產(chǎn)生任何幫助。既然臺積電已經(jīng)決定“站隊”美國，那么我們國內(nèi)要做的就是擺脫對它的依賴，讓國產(chǎn)芯片實現(xiàn)真正的自主化和去美化。

芯片不斷突破極限的發(fā)展就是在這個鏈條上的不同環(huán)節(jié)上不斷地打破瓶頸。例如，自2005年至今，隨著晶體管密度越來越大，晶體管電路逐漸接近性能極限，當晶體管越做越小時，就會產(chǎn)生電子等微觀粒子通過量子隧道效應(yīng)穿越位勢壘的行為，使晶體管出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

工程師們正在努力地攻克這些瓶頸，他們創(chuàng)新性地突破了一些難題，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，遇到的問題也會越來越復雜。

如在元器件方面，2020年12月17日，復旦大學微電子學院發(fā)布消息，該院周鵬教授團隊針對具有重大需求的3—5納米節(jié)點晶體管技術(shù)，驗證了雙層溝道厚度分別為0.6/1.2納米的圍柵多橋溝道晶體管(GAA，Gate All Around)，實現(xiàn)了高驅(qū)動電流和低泄漏電流的融合統(tǒng)一，為高性能低功耗電子器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。

據(jù)悉，GAA晶體管有望取代現(xiàn)在集成電路上使用的FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)，有望解決微縮提升性能難以為繼的問題。韓國三星和臺積電均已掌握了這一項技術(shù)，或?qū)⒂迷?納米或2納米芯片中。

而在芯片基材方面，哈爾濱工業(yè)大學韓杰才院士團隊，與香港城市大學、美國麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領(lǐng)域取得重大科研突破。相關(guān)研究成果“微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性”2021年1月在線發(fā)表于《科學》雜志。除了金剛石芯片之外，人們還在探索石墨烯作為芯片的基材。

再比如光刻機光源方面，清華大學及合作研究團隊2月25日在《自然》上發(fā)表的論文展示了一種新型粒子加速器光源原理?！蹲匀弧?

維持摩爾定律的“動力”在哪里

關(guān)于摩爾定律極限的問題，戈登·摩爾引用了史蒂芬·霍金在硅谷回答同樣問題時的言論：“他提出了兩個技術(shù)極限，即光的極限速度和物質(zhì)的原子本質(zhì)。我非常同意他的觀點。我們目前已經(jīng)很接近‘原子’極限(原子的直徑在0.01納米到0.1納米之間)，而芯片的運行速度也越來越快，但離光速還很遠。這兩個都是最基本的自然法則，我們很難達到和超越這個極限。這也是未來幾十年里工程師們需要接受的挑戰(zhàn)?！?

那么究竟是什么動力，讓整個產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，共同推動技術(shù)逼近自然極限?

市場無疑是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原創(chuàng)動力——

3月1日國新辦新聞發(fā)布會上，工業(yè)和信息化部黨組成員、總工程師、新聞發(fā)言人田玉龍介紹，2020年我國集成電路銷售收入達8848億元，平均增長率達20%，為同期全球集成電路產(chǎn)業(yè)增速的3倍。

集成電路產(chǎn)業(yè)不僅“蛋糕”大，而且“未來可期”，甚至可能會有“彎道超車”的機會。

“5G通訊可能會帶來新一波的需求，除5G通信本身的需求需要不同芯片，5G的應(yīng)用也會帶來新的需求，如物聯(lián)網(wǎng)等?！敝苡衩贩治觯叭斯ぶ悄茏呦蚱占盎矊m用于人工智能的芯片產(chǎn)生更多需求，人工智能與5G的疊加也可能衍生出更多的新應(yīng)用，對于這些預判，業(yè)內(nèi)認為集成電路仍舊會是一個蓬勃發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。”

正是有了這樣的預判，全球的資本才愿意繼續(xù)追逐技術(shù)的創(chuàng)新，不斷地往前推進。

那么，究竟摩爾定律到什么時候真正“失效”?戈登·摩爾也被無數(shù)次地問及這一問題。

他認為，現(xiàn)在還有其他技術(shù)蘊含的發(fā)展?jié)摿赡軙^集成電路，例如納米產(chǎn)品、石墨氮原子層等新材料等。他猜測當攻克某個技術(shù)難題付出的成本太高，技術(shù)創(chuàng)新本身意義不大，進一步縮小元件尺寸所需的設(shè)備的造價非常昂貴時，摩爾定律可能會逐步退出歷史舞臺。但人們消費電子產(chǎn)品的方式不會有很大變化。當人們的思路跟不上技術(shù)發(fā)展時，他們會選擇停止追逐新功能，不會再追潮流每年購置新產(chǎn)品，而是把舊產(chǎn)品用上三五年，企業(yè)也會放緩發(fā)展新技術(shù)的腳步。