在半導(dǎo)體技術(shù)的浩瀚星空中,一項(xiàng)源自北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)的突破性研究如同璀璨新星,照亮了后摩爾時(shí)代的發(fā)展道路。該團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出全球首款采用鉍材料的二維全環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GAAFET),這一成果在《自然》雜志上發(fā)表,標(biāo)志著中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的重大飛躍,直接將競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)推向了1納米制程的最前沿。
半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)步歷程,是一部不斷挑戰(zhàn)極限的歷史。從平面場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PlanarFET)到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET),每一次技術(shù)的迭代都推動(dòng)了芯片性能的顯著提升。然而,隨著制程節(jié)點(diǎn)的不斷縮小,F(xiàn)inFET工藝逐漸逼近物理極限,摩爾定律似乎走到了盡頭。在此背景下,GAAFET技術(shù)的出現(xiàn),如同破曉前的曙光,為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來了新的希望。
GAAFET技術(shù)的核心在于其獨(dú)特的三維環(huán)繞柵極結(jié)構(gòu),這一設(shè)計(jì)使得柵極能夠完全包裹溝道,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溝道電荷的更強(qiáng)控制。相比傳統(tǒng)的FinFET,GAAFET在降低漏電流、提高功耗效率方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。GAAFET在交流頻率性能、器件面積優(yōu)化以及熱管理與電子遷移抗性等方面也表現(xiàn)出卓越的可擴(kuò)展性,使其成為先進(jìn)制程的關(guān)鍵技術(shù)路徑。
三星作為全球半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)頭羊之一,早已洞察到GAAFET技術(shù)的潛力。該公司在2022年率先采用GAA技術(shù),突破了FinFET的性能瓶頸,實(shí)現(xiàn)了功率效率與性能的雙重提升。三星的納米片晶體管技術(shù),通過調(diào)整通道寬度,優(yōu)化了功耗與性能的平衡,滿足了不同客戶的需求。這一系列創(chuàng)新成果,不僅鞏固了三星在半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,更為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。
然而,GAAFET技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化之路并非一帆風(fēng)順。其復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)、嚴(yán)苛的材料要求以及與現(xiàn)有技術(shù)平臺(tái)的不兼容性,為研發(fā)進(jìn)程帶來了巨大挑戰(zhàn)。目前,僅有臺(tái)積電和三星等少數(shù)巨頭具備量產(chǎn)能力,凸顯了該技術(shù)的高門檻特性。盡管如此,隨著全球科技巨頭對(duì)先進(jìn)制程需求的日益增長(zhǎng),GAAFET領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局正變得愈發(fā)激烈。
在后摩爾時(shí)代,AI芯片的發(fā)展同樣經(jīng)歷著深刻變革。受傳統(tǒng)晶體管微縮限制的影響,AI芯片開發(fā)開始探索新的設(shè)計(jì)范式,旨在通過優(yōu)化硬件架構(gòu)、提高能效比等方式,維持性能與效率的雙重提升。專用處理單元(如GPU、TPU和NPU)的興起,使得AI系統(tǒng)能夠根據(jù)任務(wù)需求分配最合適的硬件資源,從而優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)推理、訓(xùn)練和邊緣計(jì)算的性能。
將人工智能算法直接集成到硬件中,已成為AI芯片發(fā)展的另一大趨勢(shì)。這一轉(zhuǎn)變不僅提高了處理速度,還降低了軟件調(diào)優(yōu)的成本。隨著深度學(xué)習(xí)模型的日益復(fù)雜,硬件與軟件之間的緊密集成已成為實(shí)現(xiàn)高效AI處理的關(guān)鍵。邊緣人工智能設(shè)備尤其受益于這一趨勢(shì),因?yàn)樗鼈儗?duì)能效和實(shí)時(shí)推理能力有著極高的要求。
展望未來,量子計(jì)算和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等新興技術(shù)有望為人工智能芯片帶來革命性的突破。雖然這些技術(shù)目前仍處于研究階段,但它們所展現(xiàn)出的潛力已足以引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。隨著這些技術(shù)的不斷成熟,人工智能硬件的性能與能效比有望實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
在北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)的GAAFET技術(shù)突破、三星等巨頭的積極推動(dòng)下,以及AI芯片設(shè)計(jì)范式的不斷創(chuàng)新下,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正步入一個(gè)全新的發(fā)展階段。這一階段的特征將是技術(shù)迭代加速、競(jìng)爭(zhēng)格局重塑以及新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。在這場(chǎng)技術(shù)革命中,中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將扮演越來越重要的角色,為全球半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)中國(guó)智慧與中國(guó)方案。
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