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当芯片工艺制程突破物理极限后,该怎样寻求新的芯片制造技术?

2021-4-10 19:52| 发布者: amtbbs| 查看: 626| 评论: 0

摘要: 个人认为量子计算是取代数字计算的大杀器。第一、什么是物理极限我们经常听人说,某某东西已经达到了物理极限,就不能再改进了,其实,这样的说法并不严谨。物理作为一门科学,它所做的工作其实就是通过对客观事实的 ...

个人认为量子计算是取代数字计算的大杀器。

第一、什么是物理极限

我们经常听人说,某某东西已经达到了物理极限,就不能再改进了,其实,这样的说法并不严谨。

物理作为一门科学,它所做的工作其实就是通过对客观事实的观察和测量,利用数学工具对物质的运动规律进行定量描述,是人类对于物质世界的一种认识手段。

客观测量和实验验证是检验一个理论是否正确的唯一方法。所谓的物理极限,其实是对客观规律的一种描述,那是一个事实。如果理论预言的结果与事实不符合,就需要去修正理论。

所以我们说,客观事实存在极限,而不是理论设定了极限。

第二、技术和理论之间的关系

我不知道我是不是最重视技术的人,但我一定是这些人之一。社会上,甚至是很多科研工作者都有一个错误的观念,那就是,技术是理论的应用。其实完全不是这样,在我看来,技术和科学二者应该并驾齐驱,相互促进,相互制约。技术决定了理论最终的表达方式,而理论决定了技术的最大能力范围。打个比方,有了麦克斯韦方程组不等于就有了收音机和手机。收音机和手机都需要人类的技术能力去创造。有了广义相对论,我们到现在也没有做出来反重力装置。这就是技术水平没有跟上理论的发展水平。

第三、芯片技术的物理极限一:光的波长限制

我们很多人都以为现在的芯片技术已经达到甚至是接近理论极限了。其实并没有,让我们一起来回顾一下芯片工艺的发展历程,看看技术是如何突破“物理极限”的。

现在的集成电路制造技术其核心就是光刻技术,这种方法跟照相类似,就是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂(或称光刻胶)的硅片上。在实际工艺中,一个芯片的产生要经历几十次光刻才能完成,有些结构层甚至需要多次光刻才能形成。在这个发展阶段,所谓的物理极限其实就是光的波长限制,所以科学家们所做的工作主要是不断降低用于曝光的光线的波长。通过这种方法,不断提高光刻分辨率,分辨率高了,同样大小的硅晶圆上,可以生产更多的芯片。

随着芯片器件尺寸不断缩小,对工艺的要求越来越高,最大的瓶颈就是分辨率的提高,而光刻机的发展逐渐跟不上节奏了,更小波长的光刻机难以制造,因此出现了一系列分辨率增强技术,例如离轴照明、多级光源,光学临近效应修正,移相掩模,光源掩模协同优化,多重曝光,自对准多重光刻技术等,这些技术的出现,将摩尔定律硬生生延续了下来,当然,也有人在研究光刻技术的替代技术,例如纳米压印,DSA等。

第四、芯片技术的物理极限二:量子效应

随着芯片尺寸的进一步缩小,新的“物理极限”出现了。这就是我们传统计算机芯片的设计理念问题。我们都知道的,现在的电脑是基于数字电路0、1这样的逻辑电路搭建起来的。而随着芯片尺寸的减小,最小的PN结也在不断的减小。由于量子效应,PN结不能形成之前的工作状态,也就是说,不再表现出0和1这种状态,量子效应成为了数字集成电路的拦路虎。

这怎么办呢?其实,需要的不是做新的PN结出来,因为PN结已经无法再小了。科学家们做的工作是,发展下一代计算机技术:量子计算机。这种计算机的工作原理跟我们现在的计算机是不同,它是利用量子的波函数来进行计算的。它的计算逻辑不同於数字电子计算机,量子计算用来存储资料的对象是量子位元,它使用量子演算法来进行资料操作。

这种转变就跟当年的模拟电话网络向数字电话网络转变的道理一样,也和我们的电脑网络从最初的局域网到互联网的转变,从简单的RS232、RS485再到10兆、100兆、1000兆以太网,从同轴、到双绞线再到光纤,这种变化其实就是新的技术手段代替老的技术手段的过程。面对无法再小的数字化集成电路科学家祭出的新的手段就是量子计算,用量子计算来取代数字计算,让计算能力进入到一个新的发展阶段。

全文总结

认真阅读到此处的小伙伴们可能已经看出来了,其实并没有什么所谓的“物理极限”,人类每次遇到这样的极限,其实都意味着下一个突破的开始。与其被其所限制,不如对其加以利用,这就是人类智慧的亮点。人类已经不止一次用自己的智慧证明:每一次的阻碍都将让我们能够站得更高。





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