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2021-04-12
1965年,INTEL創始人戈登·摩爾在一篇論文中說,IC上可容納的晶體管數目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,并且成本不變,這就是著名的摩爾定律。摩爾定律通過半個世紀的驗證,一直與集成電路的發展相一致,單片集成電路 上晶體管的數目每隔二年即翻一倍,單位面積上集成的數目也以這個速度發展。
在半個世紀的發展歷程中,集成電路技術突破了一個又一個發展瓶頸,這些技術瓶頸在當初普遍認為是很難克服的,比如移相光刻技術、電子束光刻技術等等,但最終這些復雜的問題都解決了,集成技術一步一步向前發展。
20世紀末期,當集成電路最小線寬向90nm及更小尺寸邁進時,碰到了更為復雜的技術難題。這種尺寸離原子尺寸已經越來越近,通常的生產設備上,對準精度、定位精度的誤差遠大于90nm, 甚至對地球本身的輕微震動都會很敏感。
在強大的技術和資源推動下,這些問題也慢慢得到解決,但是生產成本上升而成品率急劇下降,使這些技術的進步到了得不償失的地步,因此相應的技術進步的步伐慢下來了,集成電路的發展又到了一個新的瓶頸,并且有人認為摩爾定律已經失效,未來集成電路的集成度不會再按摩爾定律發展,比如2009年4月,IBM的科學家卡爾·安德森指出,摩爾定律很快就會成為歷史,他認為就像之前的火車、汽車和航空工業一樣,半導體工業也已經相當成熟,持續創新的速度也正在慢慢減緩,因此,摩爾定律很快失去效力。
阻礙芯片按摩爾定律發展的另一個技術問題是芯片功耗。由于越來越多的器件集成在更小的面積內,單位面積的熱量也成倍增加,在相同的散熱條件下,器件溫度也會成倍增加,因此TI數字信號處理器首席設師雷·西瑪也表示:“芯片性能成倍增加的時代已經結束。”
當設計工程師和晶圓生產工程師對摩爾定律一片悲觀之時,封裝工程師卻是另一種樂觀的聲音,由于多芯片封裝及系統級封裝等立體封裝技術的發展,使更多芯片被封裝在單個封裝體內,因此使單個封裝體內器件性能成倍增加。這給摩爾定律的延續創造了新的方向。2009年11月在國際微電子封裝年會上,3D封裝成為人們的主要話題,超越摩爾定律成為封裝行業的一致認同。半導體封裝方面的專家普遍認為:封裝在一個獨立的集成電路內的器件還會成倍增加,這種器件集成的速度可能比摩爾定律提出的發展速度更快。
因此,雖然摩爾定律在晶圓設計和制造生產過程中碰到了技術障礙,使器件集成度發展和線寬設計縮小進度越來越小,但半導體芯片封裝和系統級封裝使摩爾定律的延續注入了新的活力。考慮這種因素,我們有理由認為摩爾定律還會繼續下去。