让手机待机一周、性能升两倍，IBM联合三星提出革命性新芯片架构选自IBMBLOG作者：BrentAnderson等机

选自IBMBLOG
作者：BrentAnderson等
机器之心编译
编辑：泽南、杜伟
下一次芯片工艺的技术突破要来了。
「垂直晶体管技术突破可以帮助半导体行业继续其前进道路，实现重大改进，包括全新的芯片架构，待机时间长达一周的手机，更低能耗的IoT设备等等。」本周二， IBM和三星提出了一种全新芯片制造工艺VTFET ，相比finFET可以有两倍性能提升，或者减少85%能耗。
在试图把更多晶体管装入有限空间的努力过程中， VTFET工艺解决了许多以往解决不了的性能障碍。它还能让晶体管使用更大的电流，同时减少了能源浪费。

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VTFET为延续摩尔定律找到了一条途径，不知这种工艺何时能够落地，制成芯片落到我们的手中。
早在1965年，计算机科学家戈登·摩尔（GordonMoore）首先提出假设：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍，同时计算机的运行速度和存储容量也翻一番。这就是半导体领域著名的摩尔定律。当前，可以塞进单个芯片的晶体管数量几乎达到了极限。

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图源：wikipedia
但与此同时，计算系统的前进道路并没有放缓。动态AI系统已准备好为人们生活的方方面面（从道路安全到药物发现和先进制造）提供动力，这就需要未来出现性能更强大的芯片。因此，为了延续摩尔假设的速度和计算能力的进步，我们需要制造具有多达1000亿个晶体管的芯片。
IBM研究院与三星合作，在半导体设计方面取得了突破性进展，声称有助于摩尔定律在未来几年保持活力，并重塑半导体行业。他们提出了一种在芯片上垂直堆叠晶体管的新方法，称为垂直传输纳米片场效应晶体管（Vertical-TransportNanosheetFieldEffectTransistor,VTFET）。如下为VTFET晶圆示意图：

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在新的维度：重新定义摩尔定律的边界
当今，主流的芯片架构采用横向传输场效应晶体管（FET），例如鳍式场效应晶体管（FinFET），因硅体类似鱼背鳍而得名。 finFET在设计上沿着晶圆表面对晶体管分层，电流沿水平方向流动。与这类设计不同的是， VTFET是在垂直于硅晶圆的方向上将晶体管分层，并允许电流在堆叠晶体管中上下流动。
下图为接通电流时， VTFET（左）和横向FinFET（右）晶体管组合结构的并排比较。

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这种新的设计方法通过放宽晶体管门长度、间隔厚度和触点尺寸的物理限制来解决缩放（scaling）障碍，并在性能和能耗方面对这些功能进行优化。
下图（左）为VTFET设计师和项目经理BrentAnderson ，（右）为硬件技术专家和主要研发成员HemanthJagannathan ，他们在展示VTFET晶圆。

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【让手机待机一周、性能升两倍，IBM联合三星提出革命性新芯片架构】图源：ConnieZhou
通过VTFET ， IBM和三星成功地证明了在CMOS半导体设计中，探索纳米片技术以外的缩放性能是可能的。在这些先进的节点上，与按比例缩放的FinFET替代方案相比， VTFET能够提供两倍的性能提升或者减少高达85%的能耗。

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