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: D6 N$ O1 z( B( i满员的会场.摄影:《日经微器件》
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. h* [6 Z# a5 A3 f发表演讲的Bernard S. Meyerson 摄影:《日经微器件》
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' M- d) {" s+ `5 `% ?CMOS由于发热量过大性能已近极限 数据来源:IBM
4 H* w2 g2 I4 r' R/ \! q 【日经BP社报道】在“第42届设计自动化大会”(DAC 2005,美国加利福尼亚州汉诺威市安那汉会展中心)的主题演讲上,美国IBM公司系统技术部门的Meyerson S. Meyerson(Fellow, Vice President and Chief Technologist)论述了“在同比缩小已到极限的时代”,“应该采用的设计方法”。Meyerson是美国业界推选出的“影响半导体技术开发的13人”中的一位,为半导体业界的知名人士。Meyerson解释了为何半导体同比缩小法的极限已经来临,并提出了推动半导体技术继续向前发展的方法——“Holistic Design(整体式设计)”。
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演讲一开始,Meyerson讲到:“IT产业过去40年的发展主要得益于同比缩小法。特别是微处理器遵循摩尔法则的同比缩小,大幅提高了性能。但是,现在同比缩小的时代已经终结”。
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遵循1965年发表的摩尔法则,集成电路的集成度每隔12~18个月就会增加1倍。Meyerson特意通过图表的形式,介绍了微处理器是如何依靠微细加工,一步步实现高速度、低成本、低耗电和多功能化的。Meyerson还补充说:“摩尔仅是预测到集成度增长1倍,传统的同比缩小法则是由Dennard在1974年提出的”。
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5 P( |8 U4 }+ S9 o' p比电熨斗还热的奔腾4
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9 C/ b' m- |6 a/ l: B6 d 传统的同比缩小法则已到极限的原因出在耗电量上。Meyerson解释说,这是因为栅极氧化膜无法同比缩小,电源电压也不能同比缩小的缘故。目前,最先进的半导体元件的栅极氧化膜厚度在1.2nm左右,换算成原子的话仅相当于5~6层原子的厚度。其结果是,一个原子的缺陷就可能导致泄漏电流增至100倍。
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P0 a8 M l. U/ y# |7 T 接着,他利用图示介绍说,当初双极晶体管就是因为性能受到耗电量的限制而被CMOS所取代的。而目前的CMOS也面临耗电量过大的问题。比方说,奔腾4的耗电密度比电熨斗(5W/cm2)还要高,可见CMOS可发挥的性能已经接近极限。2005年是半导体技术实现飞跃式发展的一年,开始由同比缩小时代进入了技术革新时代,其焦点聚焦在系统整体性能的提高上。
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# n1 x( [$ S4 R- ^. \- P8 z7 ` 接下来,作为超越同比缩小极限的革新性技术,Meyerson介绍了应变硅二极管。IBM从90nm工艺开始,通过利用绝缘膜(氮化物薄膜)施加拉伸应力,开发出了提高nMOS的电子迁移率的实用技术。下一代技术则将通过对pMOS施加压缩应力来提高正孔迁移率。Meyerson表示,通过施加应变可将晶体管性能提高20~30%。晶体管今后将按照超薄膜SOI→高介电率栅极氧化膜→双栅极→FinFET(2020年6nm)的趋势发展。
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紧接着,Meyerson通过展示布线技术的蓝图,预测了技术革新的发展前景:低介电率层间薄膜(2004年Keff=3.0)→超低介电率层间薄膜→Porogens→空气缝(Airgap,2020年Keff<1.3)。业界普遍认为到65nm工艺,就非常难以制造,但Meyerson表示:“有信心生产出高可靠性的产品来”。
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7 |3 T8 T9 L& M/ A9 `技术创新需要花钱
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/ R3 j4 A, K% ] k. { 演讲的后半部分讨论了成本问题。技术创新需要花费大量资金也是一大问题。Meyerson认为,一旦实施技术创新,设备投资就会急剧增加。这种费用的增加甚至会改变产业机构。为了减小成本负担,各企业展开了积极的合作;基础性研究由产业界和政府机构统一规划;竞争前(Pre-Competitive)阶段的协调工作也大有进步。业界将从竞争时代进入协调合作的时代,接着再进入一个协调+竞争的时代。他举例说,IBM就积极地与东芝、索尼、韩国三星电子等展开合作,另外,还在协助Albany纳米技术中心(由IBM、荷兰ASML、美国AMD、德国英飞凌科技等组成)进行193nm液浸曝光技术的开发。
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; Z7 |" A: P' p$ w H, t 设计技术方面,作为新的范例,Meyerson提出了“Holistic Design(整体设计)”的概念。他强调说,同时对材料、电路、内核、芯片、架构、系统评测和软件进行优化至关重要。系统设计战略方面,Meyerson介绍了将假想的资源描绘成可实际利用资源的方法。
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4 n" V4 y7 @- n! q. U; Y! {4 i 演讲的最后,Meyerson以IBM的产品为例介绍了处理器的技术创新。他强调说,从MCM(多芯片模块:1980年代)到POWER5(CMOS微处理器:1990~2000年),再到Blue Gene/L(多内核处理器:2004年)的进步都是“Holistic Design”的成果。Meyerson自豪的说,Blue Gene/L的计算能力为70.72TFLOPS,胜过了日本的地球模拟器(42.7TFLOPS)。此外,他还介绍了“Cell”,并称这是IBM与众多企业建立全球伙伴关系的成果。(特约撰稿人:平田 雅规=半导体理工学研究所)
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8 p- ]2 o) q7 C7 zDATE 2005/06/17
! w8 I' C* y+ V0 `http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/news/200506/semi200506170118.html