目前，制造先進芯片離不開晶體管，其核心在于垂直型柵極硅，原理是當設(shè)備開關(guān)開啟時，電流就會通過該部位，然后讓晶體管運轉(zhuǎn)起來。但業(yè)界的共識認為，這種設(shè)計不可能永遠用下去，一招包打天下，總會到了終結(jié)的那天。IBM就開始著手探索新的設(shè)計，并把它命名為 Nanosheets，可能會在未來幾年投入使用。而高通則似乎有著不同的想法。

聯(lián)合芯片制造行業(yè)的大佬 Applied Meterials、Synopsys，高通針對5種下一代技術(shù)的設(shè)計候選方案進行了模擬與分析，探討的核心問題是，獨立晶體管和完整的邏輯門（包含獨立晶體管在內(nèi)）的性能表現(xiàn)有何不同。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最后的“贏家”并非這5個候選方案中的任何一個，而是一款由高通工程師新設(shè)計的方案，叫做 NanoRings。

“設(shè)備工程師或工藝工程師，只是對某些非常有限的特征進行了優(yōu)化”，高通公司首席工程師 S.C.Song 解釋說。舉例而言，在設(shè)備這一維度上，重點在于晶體管的柵極能很好地控制電流通過它的通道。然而，當轉(zhuǎn)變成完整的邏輯門而不是單個的晶體管時，其他方面變得更加重要。值得一提的是，Song 和他的團隊發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的寄生電容——在轉(zhuǎn)換過程中由于存在非預(yù)期的電容器結(jié)構(gòu)而丟失——是真正的問題。

這就是為什么高通團隊選擇他們的納米設(shè)計，而不是 IBM 的 Nanosheets。雷鋒網(wǎng)了解到，高通將之稱為 Nanoslabs。從側(cè)面看， Nanoslabs 看起來像一堆兩到三個長方形的硅板，每個平板被一個高k介電和一個金屬柵極包圍，柵極電壓在硅中產(chǎn)生電場，從而使電流流過。

Nanoslabs 的晶體管結(jié)構(gòu)包圍著硅[粉色]，金屬柵極[藍色]與高k介電的[紫色]絕緣，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致寄生電容會阻礙性能。

用柵極電極完全包圍著每個硅板，可以很好地控制電流的流動，但同時也引入了寄生電容，因為硅、絕緣子、金屬、絕緣體、硅片之間的結(jié)構(gòu)基本上是一對電容。

雷鋒網(wǎng)注意到，Nanorings 通過改變硅的形狀來解決這一問題，并且不完全填充金屬板之間的空隙。在氫中烘烤設(shè)備會使矩形板拉長為橢圓形。這樣就把它們之間的空間掐住了，所以只有高k介電完全包圍著它們。金屬門不能完全繞著，所以電容就少了。然而，門的電場強度仍然足以抑制電流的流動。

納米技術(shù)減少了寄生電容，因為它不能完全填充硅與金屬之間的空間。

高通公司工藝技術(shù)團隊的副總裁 Chidi Chidambaram 表示，如果要把制程工藝降至7納米及以下，電容縮放是最具挑戰(zhàn)性的問題。盡管在這一模擬中取得了明顯的勝利，但在未來的芯片中，晶體管的問題還遠未解決。Song 和他的合作者計劃用納米材料繼續(xù)測試電路和設(shè)備，他們還計劃模擬更復(fù)雜的電路、系統(tǒng)，直到做出一部完整的手機。

雷鋒網(wǎng)了解到，最后測試的結(jié)果或許是消費者最關(guān)心——如果智能手機在納米技術(shù)上運行，那么它將準確計算出智能手機在正常使用一天后的剩余電量。

編譯自 IEEE