中國漢語中不是有句俗語嗎,“人無遠慮,必有近憂”,意為,但凡世上任何一個人,若對自己的未來考慮得不深遠,那么憂患就一定會近在眼前。半導體行業本來是技術密集型、智力密集型行業。在半導體行業中,一直有著不少的精英人才。絕大多數的外行人都能想到硅基芯片工藝有可能走到終點的那一天,則半導體行業中的精英們,也一定比外行人更先設想到了硅芯片制程工藝有可能走到終點。
在目前的芯片制造行業中,英特爾、臺積電和三星均有非常強的工藝技術研發能力,其中又以英特爾的制程工藝水準為最高。先前,英特爾面向業界公布的一張工藝路線圖中,已經有了5納米工藝和3納米工藝。5納米工藝和3納米工藝在英特爾的規劃中均處在前沿研究的階段。早在2016年,有媒體便報道,臺積電在當年的臺灣半導體產業協會年會上首次向業者們透露,臺積電已有團隊在研發3納米工藝和2納米工藝。三星同樣規劃出了一條工藝路線,2018年試產7納米工藝,2019年陸續開發出6納米工藝和5納米工藝,2020年開發出4納米工藝。
于是,有人索性稱摩爾定律在當前進入到了后半場。正如網絡上有這樣一段原話:“三星、臺積電和格羅方德的技術進步讓我們看到了10納米時代以及今后技術的發展路線。即使存在大量的物理與工程難題,集成電路產業也在一步一步向前走,摩爾定律尚未完全失效。不過在技術進展到5納米甚至3納米以后,集成電路中最薄的地方甚至只有一個或者數個原子層的厚度,那個時候硅基半導體的工藝極限可能真的要到來。”
必須要特別指出的是:就算硅芯片工藝能夠從10納米工藝進步到7納米工藝,從7納米工藝推進到5納米工藝,再從5納米工藝到3納米工藝,這都是半導體上下游行業以及相關行業共同發展和創新才會有的結果之一,而不僅僅依靠芯片制造行業中的廠商來推動制程工藝向更先進的節點邁進。比如,Gartner的一位分析師近期在SEMI行業戰略研討會上就說:“7納米節點有很高的設計成本,一款新芯片需要超過2億美元的投資,但到2019年也可能會出現產能過剩的情況,我們預計到那時每月的產能會超過40萬塊晶圓,每塊晶圓1萬美元,7納米制程可能無法支撐這些數字。”再比如,媒體日前有稱:“除了開發芯片的架構不確定外,很多工具、材料等也在失勢,目前部署的EUV極紫外光刻機僅用于替代193納米浸潤式光刻技術,FinFET能否再延續到下一個工藝節點還存爭議,也可能要GAAFET來控制漏電和改善越來越高的Fin的可造性。如果GAAFET取代了FinFET,那么遷移到7納米工藝和5納米工藝的時間可能會比預期更長,從而偏離摩爾定律。”
最后,假定3納米制程工藝后,硅基芯片工藝果然觸達物理極限,人們當如何選擇?是碳納米管嗎?是量子芯片嗎?還是傳說中的石墨烯材料……實際上早幾年前有半導體行內人士便給出了一份有參考價值的答案,大致有三個可供人們選擇的方向,分別是“MoreMoore”、“MorethanMoore”和“BeyondCMOS”。“MoreMoore”意為人們想盡各種方法,繼續沿著摩爾定律的道理走下去。“MorethanMoore”的大意是,摩爾定律在不斷演進的過程中,先前應該有未被人們挖掘的(產品)技術和功能等,人們可以回過頭來將之充分開發出來并用于商業。“BeyondCMOS”指的是,當硅基CMOS逼近物理極限時,人們想辦法開發出新型器件。