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1奈米之戰延燒,IBM與三星宣布聯手研發出1奈米以下新電晶體技術

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科技產業資訊室 (iKnow) - Gloria 發表於 2021年12月13日
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圖、1奈米之戰延燒,IBM與三星宣布聯手研發出1奈米以下新電晶體技術
 
三星與IBM聯合於2021年12月國際電子元件會議(International Electron Devices Meeting;IEDM),宣布研發出突破1奈米製程以下的新電晶體技術。這是一種在晶片上垂直堆疊電晶體的新設計。

目前的處理器和單晶片,是將電晶體平放在矽表面上,然後電流從一側流向另一側。然而,三星與IBM則宣稱研發出垂直傳輸場效應電晶體(Vertical Transport Field Effect Transistors;VTFET),是透過彼此垂直堆疊之下,讓電流垂直流動來達成。

VTFET設計有兩個優點。首先,可以繞過許多性能限制,將摩爾定律擴展到1奈米瓶頸之外物理限制。更重要的是,由於電流更大,該設計減少了能源浪費。根據這兩家公司的估計,VTFET將使處理器的速度比採用FinFET電晶體設計的晶片快了兩倍,且功耗降低85%。

也就是說,採用這種電晶體設計的晶片可能有朝一日允許手機一次充電之下,可以使用整整一周的時間。此外,它還可以使某些需要能源密集型任務(包括:加密採礦)變得更加節能,對於環境的影響也變得較小。由於,這是實驗室做出來的結果,因此IBM和三星都尚未透露他們計劃何時將該設計商業化。

台積電方面,2021年5月中旬,台積電聯手台大與MIT才研發出單層(Monolayers)或二維(two-dimensional)材料結合半金屬鉍(Bi)能達到極低的電阻,接近量子極限,有助於實現半導體1奈米以下的艱鉅挑戰。

英特爾方面,2021年7月表示,其目標是在2024年之前完成埃級(Angstrom-scale)晶片的設計,也就是1奈米晶片設計。英特爾計劃使用其新的英特爾20A節點和RibbonFET電晶體來完成這一壯舉。

根據Global Market Insights預計2027年全球半導體製造設備市場銷售額可超越900億美元。其中,二維技術在2020年佔據了超過30%的營收比例,原因是該架構提供了多種功能,例如堅固的結構、低功耗和低成本營運。其也認為合作開發基於二維材料的IC是值得關注的領域。因為在1奈米晶片中使用二維材料可以顯著降低半導體中的電阻並增強電流,且較有機會在較早階段進入實際量產,這是其優勢。這也是IBM與三星無法透露採用VTFET技術的1奈米製程何時可以進入量產的原因。畢竟,研發是一回事,能否進入量產又是另一回事了!(888字)

Youtube:IBM and Samsung Unveil Semiconductor Breakthrough That Defies Conventional Design


參考資料:
New IBM and Samsung transistors could be key to sub-1nm chips. Engadget, 2021/12/11
Semiconductor Manufacturing Equipment Market to hit $90 Bn by 2027, Says Global Market Insights Inc. Yahoo Finance, 2021/10/25
 

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