面对自然法则极限摩尔定律这根指挥棒还能挥舞多久(2)

　　单就芯片的制造设备来说，从大类分包括光刻机、清洗设备、薄膜生长设备、高温固化设备、刻蚀设备等。而从整个生产链条看，材料、设计、软件、元器件等都是这个产业链上不可或缺的环节。例如在细线条的光刻机上已经鲜有声音的日本，在集成电路制作的专用材料上仍占据重要位置。而美国在芯片设计软件、设计技术方面是领先的。

　　芯片不断突破极限的发展就是在这个链条上的不同环节上不断地打破瓶颈。例如，自2005年至今，随着晶体管密度越来越大，晶体管电路逐渐接近性能极限，当晶体管越做越小时，就会产生电子等微观粒子通过量子隧道效应穿越位势垒的行为，使晶体管出现漏电现象。

　　工程师们正在努力地攻克这些瓶颈，他们创新性地突破了一些难题，但随着技术的不断发展，遇到的问题也会越来越复杂。

　　如在元器件方面，2020年12月17日，复旦大学微电子学院发布消息，该院周鹏教授团队针对具有重大需求的3—5纳米节点晶体管技术，验证了双层沟道厚度分别为0.6/1.2纳米的围栅多桥沟道晶体管（GAA，Gate All Around），实现了高驱动电流和低泄漏电流的融合统一，为高性能低功耗电子器件的发展提供了新的技术途径。

　　据悉，GAA晶体管有望取代现在集成电路上使用的FinFET（鳍式场效应晶体管），有望解决微缩提升性能难以为继的问题。韩国三星和台积电均已掌握了这一项技术，或将用在3纳米或2纳米芯片中。

　　而在芯片基材方面，哈尔滨工业大学韩杰才院士团队，与香港城市大学、美国麻省理工学院等单位合作，在金刚石单晶领域取得重大科研突破。相关研究成果“微纳金刚石单晶的超大均匀拉伸弹性”2021年1月在线发表于《科学》杂志。除了金刚石芯片之外，人们还在探索石墨烯作为芯片的基材。

　　再比如光刻机光源方面，清华大学及合作研究团队2月25日在《自然》上发表的论文展示了一种新型粒子加速器光源原理。《自然》

　　维持摩尔定律的“动力”在哪里

　　关于摩尔定律极限的问题，戈登·摩尔引用了史蒂芬·霍金在硅谷回答同样问题时的言论：“他提出了两个技术极限，即光的极限速度和物质的原子本质。我非常同意他的观点。我们目前已经很接近‘原子’极限（原子的直径在0.01纳米到0.1纳米之间），而芯片的运行速度也越来越快，但离光速还很远。这两个都是最基本的自然法则，我们很难达到和超越这个极限。这也是未来几十年里工程师们需要接受的挑战。”

　　那么究竟是什么动力，让整个产业持续创新，共同推动技术逼近自然极限？

　　市场无疑是产业发展的原创动力——

　　3月1日国新办新闻发布会上，工业和信息化部党组成员、总工程师、新闻发言人田玉龙介绍，2020年我国集成电路销售收入达8848亿元，平均增长率达20%，为同期全球集成电路产业增速的3倍。

　　集成电路产业不仅“蛋糕”大，而且“未来可期”，甚至可能会有“弯道超车”的机会。

　　“5G通讯可能会带来新一波的需求，除5G通信本身的需求需要不同芯片，5G的应用也会带来新的需求，如物联网等。”周玉梅分析，“人工智能走向普及化也对适用于人工智能的芯片产生更多需求，人工智能与5G的叠加也可能衍生出更多的新应用，对于这些预判，业内认为集成电路仍旧会是一个蓬勃发展的产业。”

　　正是有了这样的预判，全球的资本才愿意继续追逐技术的创新，不断地往前推进。

　　那么，究竟摩尔定律到什么时候真正“失效”？戈登·摩尔也被无数次地问及这一问题。