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报道摩尔定律已过时?

2015年10月1日

我们已经达到了一个独特的时刻 - 我们正在升温两个卷生产节点（20和16/14 nm），在第三节点进入风险生产（10nm），并在第四个（7 nm）上开始开发。

迈克尔•白

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Michael White，产品营销总监，口径物理验证产品，导师图形

英特尔联合创始人Gordon Moore于1965年使观察到，由于发明了集成电路，集成电路每平方英寸的晶体管数量加倍。他还预测，这种趋势将继续可预见的未来，现在通常被称为“摩尔定律”。虽然摩尔定律显然不是物理法，但在过去的50年里一般稳定。然而，有些人，信贷更多地行业利用他的预测实际引导他们的长期规划和研发目标。¹

但是，自2012年以来并引入22-NM节点，进步速度放缓。多图案化，FinFET晶体管和布局依赖效果等新技术挑战和要求不仅强制设计和过程进入了更具协作的空间，而且还推动了增加的制造业（DFM）技术的使用来确保设计质量和可制造性。²

阅读所有这些编辑，博客，书籍等，可以轻松地结论，摩尔的法律即将结束。但是，通过所有的活动，我在20-nm节点和下面看到了这些天，我不太确定。明确的技术和商业挑战必须克服，但自半导体行业开始以来的每个过程节点都是如此。

技术和经营挑战

不可否认的是，在技术和业务上，当我们转向20纳米以下技术时，会遇到真正的挑战。在20纳米及以下，出现了三个关键的技术挑战:硅的可制造性(包括制造变化)、设计复杂性和尺寸，以及设计目标的并发优化(如功率、性能和面积)。业务上的挑战是更经济的晶圆、流程和设计成本。虽然芯片扩展能够以更低的成本制造更小的设备，但实现这一目标的成本增加似乎表明，能够承担“尖端”节点的公司越来越少。

一个主要的技术限制是光刻工艺。当晶圆光刻停留在193nm时，光学直径保持不变。然而，在曝光波长不变的情况下，我们需要设计和制造的功能在尺寸和间距上继续缩小（图。1）．因此，需要更多的光刻/工艺/设计技巧来减少特征尺寸和间距。

1.193nm光刻技术的持续应用给高级节点的光刻技术带来了挑战。

例如，我们必须从单图案化到20/16/14 nm的双重标签（DP）。10-NM水平将带来三重图案化，（TP），四倍图案化（QP），以及间隔辅助双图案化（SADP）的变体。虽然极端紫外线（EUV）光刻仍然是希望减少多图案的需要，但它看起来越来越少，可能拦截7纳米，因此没有短期帮助。

使情况更加复杂的是，在光学直径不变的情况下，越来越多的特征相互作用。在65 nm处，光径大小约为单晶胞高度;今天，它覆盖了许多细胞/轨道。围绕任何给定模式的上下文对可制造性和性能变得越来越重要，这推动了更复杂的设计规则和在设计和制造中使用的模式匹配的快速增长——这是另一篇文章的故事。

在业务方面，由于制造成本的增加，晶圆成本一直在节点间增加。在过去30年左右的时间里，在20/16/14纳米之前，我们每个晶体管节点的成本都比节点低，但增加的制造成本足够高，增加的晶体管/面积并不能抵消更高的成本。我们做完了吗?不，10纳米看起来像一个节点，在这个节点上，每个晶体管的成本将再次显示出改进。因此，10纳米极有可能成为一个非常有吸引力的长寿命节点。

那么，这里的结论是什么呢?20纳米以下的节点在技术上更难，但下一个技术节点总是更难。出了两个节点，事情总是看起来不可能。有创造力的人解决了技术问题，我们继续遵循摩尔定律。这在1-µm(1000纳米)节点和今天的10纳米节点上都是一样的。

市场在做什么？

简而言之，我看到大量的公司正积极地向20纳米节点方向发展。International Business Strategies Inc.(一家备受尊敬且通常准确的分析公司)在最近的一份报告中指出:“……只有少数的IC供应商在先进技术节点上实施高度复杂的设计，这些供应商包括英特尔、高通、博通、Avago、三星、HiSilicon、nVidia、AMD、Xilinx、Altera、联发科和Cavium。”他们还将苹果和ARM列为上市公司。^3.他们远离这种信念。

事实上，现实远远超过批评者会让你相信。我的团队一直在使用超过75个IC，Foundry和IP公司，用于20 nm及以下的DRC / MP签约的Calibre工具 - 一个不断增长的数字。20纳米的批量生产基本上是一年的，而今年进入批量生产16/14纳米。

鉴于这些事实，我发现75个公司并越来越强烈迹象，而不是猛击从20纳米，行业正在前进。同样，我已经看到已经在10纳米测试筹码上工作过的半个公司，他们将在明年上半年迁移到风险生产。哦，第一个口径DRC / MP规则甲板已经可用于战略客户，以启动初始的7纳米开发。

2.图中显示晶圆从节点开始，在20nm及以下有一个显著的上升趋势。(来源:超大规模集成)

所以我们有很多设计活动，但它会变成芯片吗?显然，是的，正如你从晶圆起始图中看到的那样（图2）．大约40％的晶圆于2015年开始是20纳米和下方。

结论

我们来到了一个独特的时刻。我们正在增加两个量产节点(20和16/14 nm)，在第三个节点进入风险生产(10 nm)，并开始开发第四个节点(7 nm)。我不记得什么时候技术节点之间会有如此多的重叠。此外，所有这些节点都被批评为过于昂贵，设计过于困难(因为多模式，等等)，导致“摩尔定律消亡了吗?”媒体的讨论。

技术挑战总是需要在下一个节点处求解。这个创意产业已经解决了它们，时间后的时间。商业挑战也必须在Sub-20 nm处解决。但随着公司迁移到这些节点的广泛，人们正在解决这些挑战并积极地前进。摩尔的律法是死亡吗？我没有看到它。

参考：

1.迪斯科，Cornelius;Van der Meulen，Barend（1998），让新技术在一起．纽约:Walter de Gruyter。206 - 207页。国际标准图书编号3 - 11 - 015630 x。

2.“20nm的五大设计和制造挑战”，半导体制造和设计。2012年3月21日。

3.“全球IC产业制度服务报告 - 设计活动”，2015年7月，国际商业策略公司