IBM：晶片微缩与寻求新材料脚步不会结束

晶片电晶体数量每两年增加1倍的摩尔定律似乎已成明日黄花，但对运算创新的需求仍在持续不断。IEEE Spectrum表示，IBM先前展开的「7奈米制程与超越」(7-nm and Beyond)研究项目正有助于满足此一持续创新需求。

该研究项目系IBM于2014年推出，共为期5年投入30亿美元。计画目标在寻求，面临晶片微缩极限时的未来运算要如何继续发展。尽管近年部分晶片业者仍然会对晶片制造的许多层面感到挫折，但IBM「7奈米制程与超越」项目也带来了不少重要创新。

IBM早在2015年就在半导体设备制造业者艾司摩尔(ASML)的紫外光(EUV)微影设备协助下，制造出全球首款采EUV技术的7奈米测试晶片。IBM先进半导体和人工智慧(AI)硬体小组负责人Huiming Bu表示，2014~2015年半导体产业对EUV技术可行性存有很大的疑问，但如今EUV已成为先进制程的关键技术。

IBM基于EUV技术所制造的首款7奈米晶片，有助于半导体产业建立对新技术的信心和采用动力，且适用于5奈米或以上的更先进节点制程。IBM认为，要实现超越FinFET技术进行晶片微缩的基础要素在基于奈米层片(nanosheet)的电晶体上。透过奈米层片电晶体有望实现从7和5奈米节点到3奈米节点的过渡。

Bu表示，2017年业界对继FinFET后的晶片结构存有疑虑，但现今整个产业都在追逐奈米层片技术。在奈米层片场效电晶体架构中，电流可以流经完全被电晶体栅极围绕的多个矽堆叠。这种设计方式不但可以大幅降低在关闭状态下可能会泄漏的电流量，也从而在开启状态下可以提供更多电流来驱动设备。

该研究项目也为未来要如何在晶片中进行电晶体和开关布线提供了重要洞见。虽然随着晶片不断微缩，使用铜金属布线会存在许多挑战，但预期近期内布线材料还不会由铜线转移到其他新兴材料。因此该研究项目带来的重要创新之一就是，要如何扩展铜线在布线上的使用。

而随着AI、大脑启发式(brain-inspired)运算和其他非数位式运算浮现，IBM也在研究开发其他半导体元件，尤其是如相变记忆体(PRAM)与磁阻式记忆体(MRAM)等新兴储存设备。IBM表示，就目前而言，MRAM产品已有相当突破，不但已经可以进入商业销售阶段，还能够满足与SRAM产品竞争所需要的各种条件。

Bu表示，寻求新设备实现晶片微缩与寻找新材料实现效能的脚步永远不会结束。IBM会继续寻求新设备、新材料和新运算架构来实现更好的效能表现。Bu并认为，受AI需求推动的异构架构系统建构，将会成为未来运算发展关键。