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关注华为研发芯片新技术,不用光刻机也能量产

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jjq4123 发表于 2022-9-17 21:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
华为应用开发
在传统的芯片制造路线中,是采用硅材料生产硅基芯片,其性能已经达到了5nm及以下的水准。甚至台积电和三星都在冲刺3nm,未来还会攻克2nm。但是越往下越难,对EUV光刻机也有极大的依赖。



而华为研发芯片新技术,在芯片堆叠以及光量子等新型芯片领域进行探索。业内对这些芯片有哪些成果呢?新型芯片能打破摩尔定律吗?



光量子,光电芯片的探索



半导体发展了半个世纪,从人类发现晶体管,集成电路,并打造出微电子芯片以来,芯片制造已经从微米发展到纳米水准。并且实现7nm,5nm和4nm等水准。


三星更是实现了3nm的量产,台积电也会在今年下半年突破3nm量产工艺。然而芯片制程的路还在继续,台积电已经确定会在2025年量产2nm芯片,并且采用更先进的ASML高数值孔径系统EUV光刻机,实现2nm的芯片生产。


可是再先进的芯片,在硅材料物理规则的限制下,也终有到达性能顶点的一天。五年,十年以后,如果芯片制程不能继续突破,芯片还有探索空间吗?其实是有的。可以在硅材料之外发展新的制造技术,挖掘新的材料。



而华为就展开了布局,比如研发出了芯片堆叠技术,用先进封装工艺将两颗芯片堆叠在一起使用,虽然会牺牲芯片面积,但是能换取不错的性能提升。


另外华为也在光量子芯片进行布局,使用光量子芯片或不用光刻机也能量产。


因为光量子芯片采用的材料与传统的硅基芯片不同,而且光量子芯片的传输速度比硅基芯片更快,在实现相同性能的情况下,不需要顶级半导体设备也能达到媲美硅基芯片的效果。


业内对这类光量子芯片,光电芯片的探索越来越多。德国企业曾组建光量子芯片的技术联盟,打造光子集成电路。


在国内,中科大郭光灿研究团队基于光子能谷霍尔效应,实现量子干涉,为中国发展光量子芯片积累更多的经验。


值得一提的是,美国对光量子芯片也十分感兴趣,一度提出技术共享的要求。说好听点是技术共享,实则就是想要不劳而获的索要技术。但国内辛辛苦苦研发的技术自然不会轻易共享,更何况美国对中国半导体频频采取措施,也不见得有共享的想法。


在光电芯片方面,中国研发团队也传来好消息。由南京大学张勇,肖敏等组成的研发团队在光电芯片领域取得重大突破,发明全新的" 非互易飞秒激光极化铁电畴 " 技术。


这项技术可以将飞秒激光的光衍射极限压缩到30nm的水准。这是业内首个从微米到纳米级水准的突破,为光电芯片的发展奠定一定的基础。

光电芯片是业内正在积极探索的方向之一,但是过往的一些探索研究只停留在理论阶段,真正从实验室走向实践的成果并不多。希望能有更多的研究成果落地,让光量子,光电芯片能实现产业化发展。



新型芯片能打破摩尔定律极限吗?



市面上的芯片种类多达上万种,根据需求和应用领域不同,各式各样的芯片被生产出来,发挥价值。尤其是在智能手机,电脑等消费电子产品,往往需要用上7nm,5nm的高端芯片才能满足需求,但是相关的弊端也显现出来。


一方面高端芯片制造成本大,单单是采购一台EUV光刻机设备就得花费1.2亿美元。


另一方面高端芯片越往下越难,持续下探会面临功耗压不住的情况,成本与使用效益未必能成正比。


另外高端芯片会遇上摩尔定律的极限,到2nm,1nm的水准,基本上就触及硅基芯片的物理规则顶点了。按照摩尔定律的理念来看,集成电路的晶体管每隔两年就会翻倍。但是到了极限以后,晶体管数量无法继续提升,也就难以发挥出更高的性能了。



那么新型芯片能打破摩尔定律极限吗?理论来看的话,或许有这个可能。以光电芯片为例,这种芯片以光子作为传输的媒介,光子的传输速度大于电子,因此更容易提升性能。




当然,要想形成全新的光量子,光电芯片产业链还需要时间沉淀,毕竟硅基芯片产业链发展了几十年,各种创造出来的半导体设备,材料都是基于硅基芯片发展的。所以要想将新型芯片推动成庞大的产业链市场,还得厚积薄发。



但前期的积累同样很重要,也许别人刚起步的时候,我们已经做好必要的准备了。



总结

华为与中国科研团队都在研发光量子,光电等新型芯片,不用光刻机也能实现量产。美国不断在芯片领域采取措施,只因为在传统的硅基芯片有深厚的专利积累。但是在新型芯片,美国也在起步阶段。若国内把握新型芯片核心技术,相信会带来不一样的产业效果。


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