ARM重新審視摩爾定律 未來將依靠新型納米技術

晶片製造商們曾經對於ARM研究員Greg Yeric堅持遵循摩爾定律的想法加以嘲諷，因為這項工作既困難又充滿風險。

然而，如今他們已經開始對其加以研究。

ARM公司研究員的實踐經驗也對此給出了有力的佐證，工程師們一直在不遺餘力地努力製作更小且速度更快的晶片。

在本屆ARM技術展會的主題演講當中，Yeric對未來幾年半導體方案表示樂觀，不過他亦坦率地提到了未來將出現的挑戰。

傳統成本削減方案的效果將逐漸降低，這是因為很難再找到在降低功耗的同時提升性能的可行辦法，Yeric在他的演講中指出。

工程師們需要著眼於更為廣泛的新型材料領域，同時以更為高效的方式處理並管理整條供應鏈。

「我比很多人更有信心，我堅信現有技術已經足以將處理器製程壓縮至3納米，」Yeric曾在去年12月IEDM大會上談到摩爾定律時表示。

「製作3納米晶片的選項很多，但還沒人能弄清其到底能否生效。

」

總體而言，各家晶片製造商「相對自信能夠製造出5納米節點，目前的現有工具已經有能力實現這樣的目標，但3納米則更為激進。

」ARM公司晶片研究團隊負責人Yeric指出，「我認為未來的一大核心議題在於，我們到底是在物理設計層面做出突破，還是徹底顛覆整體架構。

」

目前這種對現有架構絕望的情緒正不斷升溫。

這位ARM研究員早在幾年前就發現，標準單元中存在很多未加利用的「死空間」。

他提出，應該通過在電晶體的源極/漏極層面上旋轉自對準柵極以實現單元體積的削減。

其目標是在5納米單元中僅創建兩個FinFET與五條軌道，但其違反有源區設定的作法被部分晶片製造商評價為超出底線。

「我們之前並不需要對架構作出什麼發動，但如今我們發現一切更為簡單的答案都已經被應用於產品當中」，這意味著5內米製程將再無捷徑可行，Yeric表示，「可靠性工程師們可能正在痛苦掙扎，因為可以想像這樣的架構變動會帶來擁有怎樣規模與複雜性的難題。

」

目前，工程師們正通過削減每個單元中的FinFET數量來縮小其體積。

然而在5納米層級上，他們恐怕僅能夠將一個FinFET電晶體旋轉在單一單元中，或者設計出一套全新納米級別開關。

目前得到認真考量的替代方案之一為垂直納米線。

Yeric表示，「這套方案對於製造商而言具備可行性，我們已經將其引入了NAND快閃記憶體當中，但在晶片設計領域還有很多難題需要解決——我們需要重新設計電源軌道，因此二者的難度並不一致。

」

從長遠角度看，電晶體並不是問題。

電晶體的設計思路還擁有充分的餘量，Yeric指出，但真正的麻煩來自如何鋪設更為細小且負責連接各電晶體的線路。

Yeric提出了一種降低標準單元「死空間」的方法

最終，工程師們期待能夠轉向一種全新的納米技術。

Yeric稱，等離子體激元將是一種非常有前途但「尚處於極早期發展隊友」的方案，其類似於「幾年前的石墨烯。

」

自旋電子則是另一種較為廣泛的替代性研究成果，這一領域「擁有很多熱情的研究人員，但尚未解決的問題同樣很多，」他表示。

「我還沒有看到任何證據能夠證明其速度較CMOS更快，但其能夠將電壓需求由伏降低至毫伏……我們確實需要一些能夠在更低電壓下實現開關的方案，」他補充道。

在時間更近的7到5納米節點層面，「我最擔心的是面對日益增長的線路電阻，我們要如何獲得兩位數級別的性能提升，」Yeric表示。

「如果大家設計32納米製程，則通常不需要考慮電阻問題……（但現在）垂直電阻已經開始影響到電力傳輸……而且將製程界限設定在了7納米，」他指出。

整體來說，「我們已經很難像過去那樣實現25%的節點增量比例，」Yeric表示。

如今的前沿設計方案發現，要讓材料排列得更緊密以降低晶片尺寸，其性能也會同時受到影響。

「換言之，邁過拐點之後性能反而開始出現倒退，」他表示。

因此，工藝工程師們必須將精力從壓縮間距方面轉移開來。

相反，他們已經開始嘗試使用其它技術，例如減少電晶體中的翅片數量以增加排列密度。

如果遠紫外線光刻技術尚未準備好製造5納米晶片，工程師們將利用與某些金屬層加工相同的七步光刻法實現這一目標，Yeric指出。

部分代工廠已經開始利用遠紫外線對四步光刻晶片進行切割，這種方法無需配合高通量級別的光刻金屬-1層即可實現，Yeric解釋稱。

與此同時，部分工具製造商正在實驗以100納米精度實現晶片與晶片間的接合。

該項技術能夠實現新的晶片堆疊形式，甚至允許設計師在兩塊晶片之間進行單元分割。

然而，這套方案需要配合新型工具與新的EDA流程。

就本身而言，ARM公司正與科羅拉多州州立大學的研究人員合作，共同探討利用相關電子RAM替代SRAM緩存的可能性。

Yeric表示，「目前存在著多種具有發展前景的內存技術……其真正實現需要一些設計基準類專業知識的幫助，而這正是我們的強項。

不過目前其仍然處於早期發展階段。

」