摩尔定律真的终结?制造顶级芯片越来越贵,建厂成本远超百亿美元

  • 作者:admin
  • 发布时间:2022-03-08 12:14

星辉平台报道,芯片制造业的摩尔定律即将触及物理和经济的极限。虽然芯片制造商可以继续压缩芯片上的晶体管尺寸,但制造最先进芯片的成本一直在增加,每个晶体管的生产成本已经停止下降,现在正在上升。

在芯片技术发展的早期阶段,英特尔联合创始人戈登·摩尔在1965年假设集成电路上的组件数量每年翻一番,然后修改为芯片上的晶体管数量每两年翻一番。这就是现在著名的摩尔定律。几十年来,芯片行业一直在进步,制造出难以想象的设备,然后按照摩尔定律稳步推进。

苹果高端笔记本电脑配备的M1Max芯片拥有570亿个晶体管。减少芯片尺寸的技术一直在稳步发展。现在,成千上万的晶体管可以放置在一个比头发更薄的地方。晶体管体积较小,芯片处理速度较快,价格较低,计算能力和生产力指数级提高。目前,用户口袋中的智能手机处理性能优于50多年前帮助人类登上月球的大型计算机,成本只是后者的一小部分。

多年来,许多人预测摩尔定律将结束,但芯片制造商不断突破技术极限,找到一种新的方法来存储更多的计算能力。最新的极紫外线(EUV)光刻技术使用波长较短的光在晶圆上蚀刻超细图案。荷兰ASML是唯一一家为芯片制造商生产EUV设备的公司。每台设备的成本约为1.5亿美元。然而,当全球芯片制造商争相提高生产能力时,该公司积压了大量的设备订单。

随着晶体管尺寸接近原子水平,芯片制造似乎不可避免地会达到一些物理极限。如今,晶体管之间的距离是几十纳米,而一纳米只有大约五个硅原子。

在物理定律结束摩尔定律之前,经济定律也可能结束摩尔定律。随着技术的每一次迭代,制造最先进芯片的成本都在增加,变得越来越昂贵。

半导体行业分析师道格拉斯·奥劳克林(douglasolaughlin)表示:摩尔定律在技术上可能会继续,但从经济角度来说,这是行不通的。

制造每一代芯片需要更多的过程。这意味着,由于生产过程中涉及数千个复杂步骤,错误的风险越来越大,产量也会降低。几十年后,每个晶体管的生产成本已经停止下降,现在正在上升。

与此同时,建造最先进的芯片制造工厂的成本可能远远超过100亿美元。除了资金最充裕的公司,所有公司都负担不起。目前,世界上只有三家公司在尝试。

台积电预计今年的资本支出将达到400亿至440亿美元。三星计划投资170亿美元在德克萨斯州泰勒建造一家芯片制造厂。英特尔将在俄亥俄州建造两家芯片厂,初步投资200亿美元。

也许摩尔定律不再是思考芯片行业进步的正确方式,毕竟,有不止一种方法可以解决这个问题。例如,设计师可以制造出更适合各种特定任务的芯片。苹果为iPhone、iPad和Mac计算机设计了自己的处理器,以取代英特尔的通用处理器,从而有效地证明了这一点的可行性。定制芯片可以比标准芯片更好地利用设备的计算能力,这对苹果来说也是如此。

芯片制造商还可以使用一种小芯片的方法来剥离CPU的一些功能,并包装和集成这些小芯片和内存和其他更便宜的高性能组件,以提高系统的整体性能。

市场研究公司Semianalysis首席分析师迪伦·帕特尔(DylanPatel)表示:在芯片工艺领域,有一种金发女孩效应(意思是不追求极端,恰到好处),不同的工艺节点其实更适合不同的应用。缩小整个芯片的体积,或者把一切都放在更先进的工艺节点上,其实成本更高,不一定意味着性能和功耗更好。

此外,科学家们发现,使用氮化镓等新材料代替硅可以以更低的成本继续在单个芯片上包装更多的晶体管。另一种可能的材料是碳纳米管,它的管状结构直径只有几纳米。

人们习惯于通过法律来描述某一现象的不可改变性,但摩尔的预测更像是一种预测。多年来,芯片行业的参与者一直在尽最大努力实现这一预测。几十年前,它看起来像魔术,现在常见的设备在20年后不一定是技术前沿。

幸运的是,人类的智慧是无限的。