【intel代工部門】未來技術(shù)路線和挑戰(zhàn)

隨著人工智能等計(jì)算需求爆炸式增長，芯片的“能耗”已經(jīng)成為比“性能”更關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。 未來的技術(shù)發(fā)展將不再僅僅追求把晶體管做小，而是重點(diǎn)致力于如何讓計(jì)算變得更省電。

當(dāng)前的主流技術(shù)：GAA晶體管 + 背向供電

我們可以把芯片想象成一個(gè)巨大的城市，晶體管是城市中的房屋（執(zhí)行計(jì)算），電力則是城市的能源系統(tǒng)。

• RibbonFET（環(huán)柵晶體管） ：這是目前最先進(jìn)的晶體管結(jié)構(gòu)，可以理解為從之前的“平房”（FinFET）升級(jí)成了“多層公寓樓”。電流通道被柵極材料從四面八方包圍，控制更精準(zhǔn)，漏電更少，既節(jié)省面積又節(jié)省能源。

PowerVia（背向供電）：這是一項(xiàng)革命性技術(shù)。傳統(tǒng)的芯片供電和信號(hào)傳輸都在正面，像電線都鋪在街道表面，容易擁堵。PowerVia則將供電網(wǎng)絡(luò)從芯片的“背面”引入，實(shí)現(xiàn)了“人車分流”（電力和信號(hào)分離）。這大大降低了供電損耗，提升了能源效率。

近未來的創(chuàng)新：3D堆疊與新材料

為了進(jìn)一步提升能效，工程師們正在從“平面城市”向“立體城市”進(jìn)化。

• CFET（互補(bǔ)式場(chǎng)效應(yīng)晶體管） ：這是更極致的3D堆疊技術(shù)，將N型和P型晶體管像三明治一樣上下疊在一起。這使得完成同樣計(jì)算功能的電路面積大幅縮小，線路更短，動(dòng)態(tài)能耗（Cdyn）顯著降低。

• 新材料通道 ：為了在低電壓下也能獲得強(qiáng)勁電流，研究人員正在探索替代硅的新材料。

• • 鍺（Ge） ：擁有比硅更高的載流子遷移率，能讓電子跑得更快，但存在容易漏電和接觸電阻等問題待解決。

• 二維材料 ：如二硫化鉬，其通道極薄，理論上可以將晶體管做得更小，控制更精準(zhǔn)，是長遠(yuǎn)發(fā)展方向。

遠(yuǎn)景探索：顛覆性的超低功耗器件

面向2030年及以后，文檔描述了一些可能改變游戲規(guī)則的新原理器件，目標(biāo)是 將工作電壓從現(xiàn)在的約0.7V大幅降低至0.3V甚至0.1V 。

• 負(fù)電容晶體管 ：利用特殊材料（鐵電材料）的“負(fù)電容”效應(yīng)，放大柵極電壓，從而用更少的能量就能高效開關(guān)晶體管。

• 鐵電晶體管 ：將存儲(chǔ)和計(jì)算功能融合在一個(gè)器件中，特別適合低功耗的AI推理等應(yīng)用。

• 磁電自旋軌道器件 ：一種利用電子自旋而非電荷來代表信息0和1的全新器件，理論上能耗極低。

總而言之，這份文檔清晰地勾勒出英特爾的技術(shù)路線圖： 從優(yōu)化現(xiàn)有晶體管結(jié)構(gòu)和供電技術(shù)，到通過3D堆疊和新材料挖掘潛力，最終邁向基于新物理原理的顛覆性器件。 所有努力都指向同一個(gè)目標(biāo)：在摩爾定律繼續(xù)推進(jìn)的同時(shí)， 大幅提升“每瓦特性能”，以應(yīng)對(duì)AI時(shí)代指數(shù)級(jí)增長的計(jì)算能耗挑戰(zhàn)。 這不僅是技術(shù)的競(jìng)賽，更關(guān)乎未來數(shù)字社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。