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【重磅报告】亟待开拓的半导体研究领域(一)

棒棒书香
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众所周知,半导体技术是数字和信息时代的基础技术。在半导体行业,如果想要开展技术革新,可能的研究方向又有哪些?美国半导体行业协会(SIA)日前发布了一份名为《半导体研究机会:一份产业前景和指导》的报告,对以上问题作出回答。

SIA指出,通过这些研究方向的前瞻将反过来开启多种应用和技术的大门,从而促进和支持众多经济部门。在推进现有技术继续升级的同时,对现存技术以外的一系列领域的开拓和关键性研究也至关重要。

而在过去几十年,通过高水平的研究和开发投入,半导体行业的创新速度得到了显著提升。2016年,全球半导体行业的研发投入占总收入的15.5%,总计565亿美元,高于世界上任何行业。制造更快、更好、更廉价芯片,且要求它们具有较低的计算功耗和优秀的功能,这些需求的一个关键的驱动力是:IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,这就是已经活跃了几十年的摩尔定律。

但这种传统的硅基半导体技术正在成熟,以摩尔定律为驱动的路线图似乎触到了天花板,业界迫切需要一种新的超越硅基的路线图。冯·诺依曼计算领域提出了更多性能要求,如低功耗、低电压、超CMOS逻辑和存储器件及相关材料。而在非冯·诺依曼计算中,新的存储元件和材料将促进半导体行业的创新。

为了使半导体性能实现进一步提升,众多半导体团队正在研究一种综合性方法,能够兼顾半导体技术的方方面面,包括新材料、新制造技术、新结构、新系统架构和应用。未来,基于半导体的系统——无论是小型传感器、高性能计算机还是其间的系统——都必须最大限度地提高性能,同时最大限度地减少能源使用并保证安全性和可靠性。

本报告提出了若干半导体行业发展愿景,这些研究议程说明,未来半导体技术将能够在诸如人工或增强智能(AI)、物联网(IoT)、高性能计算(HPC)系统和社会所期待和依赖世界等应用和领域中取得突破性进展。

要想将新应用推向现实市场,清晰的研究视野是至关重要的。本报告的目的就是为了确定,在半导体行业和价值链中需要优先考虑的一系列研究投资。2016年至2017年的九个月内,不同的行业专家团队和领导人共聚一堂,讨论并概述了影响行业进步至关重要的若干领域,用以指导未来的研究投入。这些领域是:

1.先进的设备、材料和封装

2.互连技术和体系结构

3.智能存储与内存

4.电源管理

5.传感器和通信系统

6.分布式计算和网络

7.认知计算

8.基于生物学的计算和存储

9.先进的体系结构和算法

10.安全和隐私

11.设计工具、方法和测试

12.下一代制造模式

想象一下在未来,分布式网络传感器、大数据中心和计算能力相结合,进一步促进技术创新并提高生活质量,实现这样的愿景,需要一个基础科学技术研究的广泛平台做支撑。该平台的指导目标是,使计算模式能够从根本上提高能源效率、性能和功能,同时确保足够的安全性。为了实现这一目标,迫切需要对超越传统的CMOS器件和电路、冯诺依曼结构以及信息处理方法进行研究。另外,还需要研发新材料和可扩展工艺,产生新的制造模式,并将这些新技术融入到产品制作中。

制定本研究议程的不同专家小组经过讨论,最终确定了若干待研究领域,它们相互依存,并与技术“堆栈”中的多个层次相关。实现上述目标的工艺需要跨学科的方法和在各个层面上工作的科学家和工程师之间的协作。

【重磅报告】亟待开拓的半导体研究领域(一)

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