“微电子领域将书写新的一页”

来源:半导体行业观察发布时间:2023-06-26551浏览

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自EE Times Europe，谢谢。

CEA-Leti 首席执行官 Sébastien Dauvé 向 EE Times Europe 表示：“转折点正在到来。” “就在四年前，半导体还被认为只是一种商品。半导体行业现在高度政治化，我们所看到的中美之间的情况很可能会重塑我们迄今为止所拥有的超优化世界。已经国际化的半导体价值链正在通过我们所看到的大规模投资进行重组。”

欧盟芯片法案、美国芯片法案以及全球各地的其他类似努力旨在释放创新并加速半导体产品从研究（实验室）到设计和制造（晶圆厂）的转化。

英特尔联合创始人、摩尔定律创始人戈登·摩尔 (Gordon Moore) 最近去世，恰逢微电子史上的关键时刻。“戈登·摩尔为微电子学定义了进化定律，60 多年来从未有人否认过这一定律，”Dauvé 说道。“即使继续努力追求摩尔定律，没有人可以忽视物理限制和不断增加的成本。“未来几年，微电子领域很可能会书写新的一页，”Dauvé 说。“我们可以看到，传统上对更多摩尔的补充的超越摩尔正在变得越来越重要，因为嵌入式系统不一定需要最先进的节点。”

More Moore 概念是关于尖端电子产品以及为超级计算机（CPU 和 GPU）生产更小、更高性能的晶体管，以使它们更强大、更节能。超越摩尔概念指的是涉及成像器、传感器、LED、5G 电信高频或不太先进节点上的电力电子技术。20 多年来，CEA-Leti 一直采取超越摩尔的立场，就像意法半导体、恩智浦和英飞凌等其他欧洲微电子集团一样。

“未来几年，今天的技术风险可能会在这两个主要领域（More Moore和More than Moore）得到很好的平衡，”Dauvé 说。

硅量子位

量子计算可以解决当今超级计算机无法解决的问题。迄今为止，我们已经探索了各种材料和方法，CEA-Leti 正在开发一种基于最先进硅技术的可扩展量子处理器。

“我们不像其他技术那么先进，特别是在纠缠领域，”Dauvé说。“但是，我们相信，借助整个微电子工具箱的优势，如果我们明天成功创建量子计算的基本单元，我们将能够轻松复制并扩展到数千个量子位。”

CEA-Leti 正在与 CEA 基础研究部 (DRF) 和法国国家科学研究中心 (CNRS) 合作。“多个团队在基础研究和技术研究方面共同合作，在这种背景下，负责大部分内部项目的莫德·维内特 (Maud Vinet) 希望创建一家初创公司来加速她的工作，我们鼓励她这样做所以。”

2022 年 11 月下旬，Siquance从 CEA-Leti 和 CNRS 分拆出来，负责开发和商业化第一台百万量子位量子计算机。该初创公司利用成熟的半导体技术将这款可操作的量子计算机推向市场。

一周后，在 IEDM 2022 上，时任 CEA-Leti 量子硬件项目总监兼 Siquance 首席执行官的 Vinet 向 CEA-Leti 和 CNRS 展示了全耗尽绝缘体上硅 (FD-SOI) 技术，可实现完全容错量子利用超大规模集成（VLSI）制造和设计技术进行计算。

在她的演讲中，Vinet 解释说，完全容错计算允许实现假设量子位是完美的算法，并暗示这些“完美的量子位，也称为逻辑量子位，将由更多的物理量子位组成，以实现量子纠错。”

该报称， “FDSOI 技术及其背栅提供了一种方法，一方面将电荷从量子位中的接口移走，另一方面在低温下使控制电子器件中晶体管的 Vt 居中。因此，它是设计和制造高性能量子片上系统的独特选择，（并且）CEA-Leti、CEA-IRIG、CNRS Institut Néel 及其衍生公司 Siquance 正在利用这些 FD-SOI 功能来推动超大规模集成电路技术中最先进的量子计算。”

内存计算

随着嵌入式人工智能算法变得更加复杂，它们也变得更加数据密集。CEA-Leti 目前正在研究用于安全、低延迟、低功耗物联网解决方案的新计算方法。

“我们目前正在研究全新的计算架构，”Dauvé 说。“通过内存计算，我们将以更先进的方式将内存和晶体管交织在一起，从而大大减少内存块和计算块之间移动所需的时间，从能耗的角度来看，可以带来可观的收益。”

CEA-Leti 开发了环栅 (GAA) 纳米片制造器件，作为针对高性能计算 (HPC) 应用的 FinFET 技术的替代方案。Dauvé 表示，GAA 技术适用于最先进的节点，并且可以支持 CEA-Leti 的内存计算方法。

在 IEDM 2020 上，CEA-Leti 发表了两篇论文，概述了将 3D 架构与电阻随机存取存储器 (RRAM) 相结合进行内存计算的优势，以及它们在边缘 AI 和神经网络中的应用。

第一篇论文说到：“如今，像高密度 3D crossbar RRAM 这样的存储级存储器对于需要大量片上存储器的应用来说很有前景，”论文《3D RRAMs with Gate-All-Around (GAA) Stacked Nanosheet Transistors for In-Memory》解释道。RRAM 因其高密度、良好的可扩展性、低工作电压以及易于与 CMOS 器件集成而成为领先的候选者。RRAM 的另一个吸引人的方面是它们能够为内存和神经形态计算执行原始布尔逻辑运算。然而，如果 1T1R 设计是 IMC 最可靠的架构，单元尺寸仍然受到传统存取晶体管的限制。“

台积电、三星和英特尔则宣布他们将在未来几年使用 GAA 晶体管。

可持续设计

CEA-Leti 采用了一种清醒的方法，旨在以给定的预算或有限的资源实现性能最大化。它还鼓励研究人员以不同的方式思考，考虑从设计到应用的生命周期分析，而不仅仅是性能/成本分析。

“对于我们的许多项目，我们都会进行生命周期分析，以快速确定我们将尝试更换的关键材料或最终证明碳影响要低得多的技术选择，无论是在生产还是在生产方面。使用，”Dauvé 说。“我们已经开始发表有关这个主题的文章，并且在波束形成天线的设计方面得出了一些有趣的结果。我们提出了一种基于技术的架构，该技术与通常采用的技术略有不同，并且可以影响这些天线的整个生命周期。这确实为我们的内部团队创造了动力。”

CEA-Leti还实施了应用技术协同优化的概念。它旨在加强电子设备的报废管理以及相关数据库，以确保生命周期分析并改进系统和使用层面的环境影响优化。

当被问及员工内在的绿色动机时，Dauvé 表示：“我们可以感觉到，工程师和研究人员非常热衷于采取具体行动，我想说这已经开始成为我们创新实践中的一种习惯。”

CEA-Leti 还加入了 SEMI 的半导体气候联盟，共同应对从实验室到晶圆厂的环境挑战。“数字行业不仅在其自身的能源消耗方面面临着严峻的挑战，而且在其提供更可持续解决方案的能力方面也面临着严峻的挑战，铸造厂本身在水、能源、天然气等的消耗方面也面临着严峻的挑战。”

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