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工艺,制造相关技术文章基于碳纳米管FET的RISC-V微处理器
美国麻省理工学院的研究人员采用碳纳米管晶体管(Carbon Nanotube Transistors)成功研制出16位RISC-V微处理器,其设计流程和工艺均遵照行业标准,但能效比硅基微处理器高10倍。
由于硅技术不再遵循历史规律发展,业界已经对硅以外的纳米技术进行了大量研究。尽管基于碳纳米管场效应晶体管(CNFET)的数字电路提供了一种显著提高能效的方法,但因为无法完全控制碳纳米管中固有的纳米级缺陷和可变性,阻碍了其在超大规模集成系统中的应用。
美国麻省理工学院的研究人员最近在《自然》杂志上发表了70多页的论文,概述了他们如何克服这些限制,研制出全由CNFET构建的超硅微处理器。他们的研究得到了美国国防高级研究计划局(DARPA)、ADI公司、美国国家科学基金会和空军研究实验室的支持。
这款16位微处理器基于RISC-V指令集,在16位数据和寻址上运行标准32位长指令,包含了14,000多个互补金属氧化物半导体CNFET,并且采用行业标准的流程和工艺进行设计与制造。在论文中,他们提出的碳纳米管制造方法是一整套的综合处理和设计技术,可以克服整个晶圆衬底宏观尺度上的纳米级缺陷。
一个完整RV16X-NANO裸片的显微图像。处理器核心位于裸片中央,测试电路环绕在外围(图片来源:Nature)
超越硅,超越摩尔定律
迄今为止,半导体行业一直遵循着摩尔定律,芯片上每隔几年就挤进更多更小的晶体管,以应对更复杂的计算。但是,终有一天硅晶体管将无法再缩小,并变得越来越低效。研究表明,相较于硅晶体管,CNFET具有10倍的能效且速率更高。但当大规模制造时,晶体管固有缺陷常会影响性能,因而其应用还不现实。
麻省理工学院的研究人员发明了一种新技术,利用传统硅芯片制造工艺,极大地控制了碳纳米管的固有缺陷,而且实现了CNFET的完整功能控制。基于RISC-V开源芯片架构的CNFET微处理器能够准确地执行全套指令,甚至还执行了修订版的经典“Hello,World!”程序,打印出这样一条信息,“Hello, World!I am RV16XNano, made from CNTs”。(你好,世界!我是 RV16XNano,由碳纳米管制成。)