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隨著數字應用和數據處理的迅速崛起，對計算能力的需求呈爆炸式增長。隨著人工智能在中國時代的主要挑戰，如氣候變化或糧食短缺，計算需求預計從現在開始每六個月翻一番。為了可持續處理指數級增長的數據量，我們需要改進高性能半導體技術。為了實現這一目標，我們需要同時應對五個挑戰。雖然世界上沒有一家公司能夠單獨實現這一目標，但摩爾定律將整個半導體生態系統的共同創新與合作延續到1c。

yi次五面墻

縮放墻：純光刻支撐縮放緩慢。量子效應開始干擾微芯片BCP54的運行，因為微芯片和晶體管的單一結構接近原子的大小，變得越來越困難。

內存墻:系統性能面臨he心和內存之間的數據路徑限制。事實上，內存帶寬跟不上處理器的性能。我們每秒都有更多的觸發器，而不是每秒千兆字節。

功率墻:將功率引入芯片，從芯片包裝中提取熱量，變得越來越具有挑戰性。因此，我們必須開發和改進功率傳輸和冷卻的概念。

可持續墻體：半導體設備的制造造成環境足跡的增加，如溫室氣體和水，自然資源和電力消耗。

成本墻：顯然，隨著設計和工藝開發成本的增加，芯片制造成本可能會急劇增加。

拆墻

戈登摩爾的預測乍一看似乎不太好，他首先指出，密集型集成電路(IC)假設我們頑固地堅持Dennard縮放和傳統的Dennard縮放，那么晶體管的數量每兩年就會翻一番。VonNeumann這種預測特別正確，計算結構。

在其擴展路線圖中，imec對于芯片技術的未來，在結構、材料、晶體管等方面都有一條替代之路。……范式變化發生了根本性的變化。

首先，光刻技術的不斷進步將是進一步縮小尺寸的關鍵:傳統的光刻技術使用光，但現在光的波長大于圖案所需的精度。這是極紫外線的引入(EUV)光刻的原因。現在，它出現在越來越多的功能生產帶上，用于大規模生產。EUV從5納米時代到2納米時代，我們需要更新版本才能變小。EUV，HighNA-EUV，還有更大的鏡頭。它們的直徑為1米，精度為20皮米。HighNAEUV，ASMLdi一個正在開發的原型將于2023年推出。預計2025年或2026年將投入使用大規模生產。為降低引進制造業的風險，imec正在和阿斯麥緊密合作。

同時，我們還需要創新晶體管架構。如今，幾乎所有的芯片制造商都使用FinFET晶體管來制造微芯片。但進入3nm代時，FinFET由于量子干擾，微芯片運行中斷。

下一步是環柵(GAA)或由納米片疊加而成的納米片晶體管，可提高性能，改善短溝效果。從 2 nm 開始，這種架構將是必不可少的。三星、英特爾和臺積電等主要芯片制造商已經宣布，他們將在其 3 納米和/或 2 納米節點中引入 GAA 晶體管。forksheet晶體管是imec的發明，甚至比nanosheet晶體管還要密集，gate-all-around概念擴展到1nm一代。forksheet該結構將屏障引入負通道和正通道之間，使通道更加接近。這一結構有望將單元尺寸縮小20%。

通過將負溝與正溝疊加，可實現進一步縮放，稱為互補。FET(CFET)晶體管是GAA復雜的垂直繼承者。它顯著提高了密度，但特別是接觸晶體管的源極和漏極是以提高工藝復雜性為代價的。

久而久之，CFET晶管采用二硫化鎢等新型超薄二維單層材料，WS或鉬該裝置的路線圖與光刻路線圖的結合，將使我們進入埃格斯特倫時代。

亞洲2納米晶體管的系統水平也面臨另外兩個挑戰。內存帶寬跟不上CPU的性能。處理器的運行速度不能超過從內存中獲取數據和指令的速度。為了推倒這個“內存墻”，內存必須更接近芯片。拆除內存墻的一個有趣的方法是3D片上系統(3D SOC)集成超越了今天流行的小芯片方法。根據這種異構集成方法，系統分為三維設計和連接的獨立芯片。例如，它將允許使用he心邏輯設備level-1-Cash將SRAM內存疊加起來，實現內存與邏輯的快速交互。

為了解決與系統相關的挑戰，芯片更難提供足夠的動力和散熱。然而，一個解決方案就在眼前:配電已經從晶圓頂部穿過十多層金屬層到達晶體管。Imec目前，我們正在研究晶圓背面的解決方案。我們將電源軌道沉入晶圓，并將納米硅通孔連接到電阻較小的寬材料背面。這種方法將電力傳輸網絡與信號網絡分離，提高整體電力傳輸性能，減少路由擁堵，zui終允許標準單元高度縮放。

zui后，半導體制造是有代價的。它需要大量的能源和水，并產生危險的廢物。但整個供應鏈都需要努力解決這個問題，生態系統方法將至關重要。去年，imec半導體技術和系統可持續啟動(SSTS)該計劃匯集了從亞馬遜、蘋果、微軟等大型系統公司到供應商的半導體價值鏈利益相關者，包括ASM，ASML，KURITA，SCREEN，還有東京電子公司。目標是減少整個行業的碳足跡。該計劃評估了新技術對環境的影響，確定了影響較大的問題，并在技術開發初期定義了更環保的半導體制造解決方案。

模式轉變

從長遠來看，馮諾依曼的結構需要徹底改革。諾依曼教授認為，數字計算機是一種輸入、中央處理器和輸出系統。然而，我們需要開發一個與特定領域和應用程序相關的架構，大規模的并行可以與人腦的工作模式相媲美。這意味著CPU將發揮更小的作用，并幫助定制具體工作負載的電路。

這種模式的變化，加上前方的障礙，標志著半導體行業有趣時代的開始。我們需要在整個半導體生態系統中共同創新和合作:OEM，IDM，無晶圓廠，fab-lite，設備和材料供應商。半導體是高性能、深度技術應用的he心，既符合摩爾定律，又能應對氣候變化、可持續交通、空氣污染、食品短缺等中國時代的挑戰，取得了有影響力的進步。

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