Прекратится ли возможность разрабатывать и внедрять новые технологические процессы каждые 2 года, как это было спрогнозировано Гордоном Муром около 50 лет назад? Перед тем, как делать прогнозы, обратимся к истории. В индустрии микроэлектроники все начиналось с относительно простых вещей. Традиционные МОП-транзисторы для микропроцессоров имели фиксированную архитектуру, и перспективы внедрения новых производственных технологий были очевидны: уменьшаем размеры по вертикали и горизонтали, понижаем напряжение – и получаем желаемое: еще более компактные, еще менее «прожорливые» в отношении энергии более быстрые транзисторы. Конечно, периодически приходилось внедрять что-то новое: ионную имплантацию, самосовмещенные затворы, нитридные подзатворные элементы. Но сама архитектура оставалась неизменной в течение многих лет.
Даже в эпоху расцвета полупроводниковых технологий эксперты предсказывали скорый конец масштабирования технологических процессов: «оптическая литография достигнет предела на отметке 0,75–0,50 мкм», «минимальные размеры элементов ограничены 0,3–0,5 мкм», «при размерах элементов менее 1 мкм нужно использовать уже рентгеновскую литографию», «медные проводники не смогут работать», «масштабирование техпроцессов завершится в ближайшие 10 лет». Но развитие не остановилось.
За последнее десятилетие в значительной степени изменились не только структура элементов, не только используемые материалы, но и сама задача масштабирования размеров. В 80–90-е годы XX в ее решение позволяло легко и просто увеличить скорость работы транзисторов, чтобы затем создать микропроцессоры с более высокой тактовой частотой. Но за это мы должны были расплачиваться более высокими показателями токов утечки и, соответственно, тепловыделения. В 2000-х гг. рост спроса на мобильные устройства привел к тому, что во главе угла стали показатели энергоэффективности, а не производительности. При разработке всех современных вычислительных устройств, начиная с высокопроизводительных серверов и заканчивая маломощными мобильными телефонами, повышенное внимание уделяется более низким токам утечки и энергоэкономичности. Все возрастающий интерес к однокристальным системам вынуждает разработчиков искать пути создания устройств на базе одной микросхемы: от высокопроизводительных транзисторов до транзисторов с ультранизким уровнем утечки.
Будущее за новыми подходами к разработке новой продукции
История развития индустрии напоминает о том, что единственной неизменной вещью в ней являются изменения. В будущем принципиально новые архитектуры смогут коренным образом изменить представления о существующих возможностях для развития. Предложены перспективные решения: туннельные транзисторы, BISFET, графеновые структуры и спиновые полевые транзисторы. Они активно изучаются ведущими производителями полупроводников и отраслевыми организациями.