唐纳德缩放(Dennard Scaling)

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晶体管,还能微缩吗?
半导体行业观察· 2025-05-09 01:13
摩尔定律的起源与早期发展 - 1965年戈登·摩尔在《Electronics》杂志提出预测:集成电路器件数量每年翻倍,预计1975年单芯片集成65000个器件[5][15] - 摩尔定律的核心观点是集成电路将成为降低成本的途径,通过技术改进实现器件成本指数级下降[13] - 1975年摩尔修正定律为每两年翻倍,并指出驱动因素包括器件微缩、晶粒尺寸优化和电路设计创新[16][18] 半导体行业的技术演进 - 晶体管架构从平面晶体管演进至FinFET(2011年商用),再到GAA(如英特尔的RibbonFET),未来可能采用CFET/FFET[35][37][39] - 英特尔技术创新路径:90nm引入应变硅提升载流子迁移率25%,45nm采用High-K金属栅解决漏电问题,18A工艺将应用背面供电技术PowerVia[31][37] - 行业突破技术节点命名局限,实际特征尺寸持续微缩,台积电和英特尔预计2030年实现万亿晶体管多芯片方案[22][25] 关键技术与物理挑战 - Dennard缩放定律指出晶体管密度翻倍时功耗不变,但近年因短沟道效应(DIBL、HCI等)面临失效[25][28] - 纳米时代技术突破:应变硅、High-K材料、FinFET三维结构分别解决载流子饱和、隧穿效应和栅极控制问题[31][35] - 未来方向包括3D堆叠晶体管(CFET)、异质集成和先进封装技术,延续"更小、更快、更好"的摩尔精髓[39][41] 历史预测与产业验证 - 1964年行业领袖预测:Haggerty预计1973年集成电路成本降至传统电路1/3,Knowles预言1974年单晶圆集成25万逻辑门(被摩尔认为荒谬但实际低估)[9][11][13] - 摩尔1959-1965年数据验证指数规律:器件数量从2个增至60个,1975年达65000个(实际增长1000倍)[15] - 胡正明团队贡献:伯克利大学提出的FinFET和FD-SOI成为延续摩尔定律的关键技术[32][33][35]