摩尔定律面临的挑战课件.ppt

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1、摩尔定律面临的挑战目录1.什么是摩尔定律？2.摩尔定律面临的挑战3.新技术带来的突破什么是摩尔定律摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只

2、会每三年翻一番。定律验收：1975年，在一种新出现的电荷前荷器件存储器芯片中，的确含有将近65000个元件，与1965年摩尔的预言一致。另据Intel公司公布的统计结果，单个芯片上的晶体管数目，从1971年4004处理器上的2300个，增长到1997摩尔定律年PentiumII处理器上的7.5百万个，26年内增加了3200倍。如果按“每两年翻一番”的预测，26年中应包括13个翻番周期，每经过一个周期，芯片上集成的元件数应提高2n倍（0≤n≤12），因此到第13个周期即26年后元件数这与实际的增长倍数3200倍可以算是相当接近了。摩尔定律面临的挑战摩尔定律问世已40多年，人们不无惊奇

3、地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。Intel的集成电路微处理器芯片Pentium4的主频已高达2GHz，2011年推出了含有10亿个晶体管、每秒可执行1千亿条指令的芯片。这种发展速度是否会无止境地持续下去是成为人们所思考的问题。从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米（10-9米）数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到尽头。物理学家加来道雄（MichioK

4、aku）是纽约城市大学一名理论物理学教授，2012年接受采访时称摩尔定律在叱咤芯片产业47年风云之久后，正日渐走向崩溃。这将对计算机处理进程产生重大影响。在未来十年左右的时间内，摩尔定律就会崩溃，单靠标准的硅材料技术，计算能力无法维持快速的指数倍增长。加来道雄表示导致摩尔定律失效的两大主因是高温和漏电。这也正是硅材料寿命终结的原因。加来道雄表示这与科学家们最初预测摩尔定律没落大相径庭。科学家应该能继续挖掘硅部件的潜力，从而在未来几年时间里维持摩尔定律的生命力；但在3D芯片等技术也都耗尽潜力以后，那么也就将达到极限。芯片的功耗包括由CMOS管状态改变所产生的动态功耗与由漏电流产生的静

5、态功耗。其中静态功耗包括三个部分：A、CMOS管亚阈值电压漏电流所需功耗；B、CMOS管栅极漏电流所需功耗；C、CMOS管衬底漏电流（BTBT)所需功耗。栅极氧化层随着晶体管尺寸变小而越来越薄，目前主流的半导体制程中，甚至已经做出厚度仅有1.2纳米的栅极氧化层，大约等于5个原子叠在一起的厚度而已。在这种尺度下，所有的物理现象都在量子力学所规范的世界内，例如电子的穿隧效应。因为穿隧效应，有些电子有机会越过氧化层所形成的位能障壁（potentialbarrier）而产生漏电流，这也是今日集成电路芯片功耗的来源之一。尽管如果晶体管不能继续“瘦身”，摩尔定律就会失效，芯片产业的后硅元素时代

6、不应当被忽视。当传统硅晶体管最终不能继续发展后，芯片还可以采用其他多种元素。目前，晶体管的源极、漏极和通道是用硅元素制成的，它们也可以由砷化铟、砷化镓、氮化镓和化学元素周期表上第三和第五族的其他元素制成。来自化学元素周期表中不同的族，意味着晶体管材料有不同的属性，它们的一大特性是有更高的电子迁移率，这意味着电子迁移速度更快，晶体管速度也可以因此更高。然而，这也只是权宜之计。其它材料虽然有潜力，但是迟早会遇到与硅同样的问题。Intel今年已经开始量产14nm工艺，下一代工艺将是10nm，Intel原本计划在2015年底开始投产10nm工艺。随着半导体工艺进入10nm内，新一代EUV光

7、刻（极紫外光刻）设备也愈加重要，这还要看荷兰ASML公司的研发进度了。日前该公司公布了Q3季度财报，其中提到他们将在2016年10nm工艺节点上正式启用EUV光刻工艺，首个客户普遍认为是Intel公司。不过EUV工艺拖延了这么多年，Intel对此早就淡定了，此前他们表示就算没有EUV光刻工艺，他们也懂得如何在7nm工艺制造芯片，言外之意就是有EUV工艺更好，没有EUV也行的，英特尔不差这点。按照英特尔的路线图，2017年就要进步到7nm工艺，不知道在这样发展下去硅原子