為了應(yīng)對后摩爾時(shí)代的到來，美國國防高級研究計(jì)劃署（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）啟動了一項(xiàng)電子復(fù)興計(jì)劃（Electronics Resurgence Initiative, ERI），計(jì)劃在五年內(nèi)斥資 15 億美元（約 102 億人民幣）徹底改變微電子業(yè)的工作方式，重建一個(gè)更加專業(yè)化、安全和高度自動化的電子產(chǎn)業(yè)群。
近日，ERI 公布了第一批獲得資金的科學(xué)家、公司和機(jī)構(gòu)的最新情況。在所有獲資的 42 個(gè)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)顯得尤為鶴立雞群。來自麻省理工學(xué)院 ( MIT) 的 Max Shulaker 所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組獲得了最大份額的資助——高達(dá) 6100 萬美金。
在該研究小組的項(xiàng)目中，一項(xiàng)稱為“利用致密細(xì)粒度的單片三維集成技術(shù)徹底改革計(jì)算系統(tǒng)”（Revolutionizing Computing Systems through Dense and Fine-Grained Monolithic 3D Integration）的項(xiàng)目雄心勃勃：團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用單片三維集成系統(tǒng)，使數(shù)十年前的舊制造工藝（90 納米制造工藝）所制造的芯片能與目前最先進(jìn)技術(shù)所制造的芯片相媲美。
該項(xiàng)目主要依賴于在普通 CMOS 邏輯芯片上構(gòu)建碳納米管晶體管和電阻式 RAM 存儲器的而技術(shù)，而該技術(shù)正是由 MIT 電子與計(jì)算工程學(xué)助理教授 Max Shulaker 及其在斯坦福大學(xué)的同事 Subhasish Mitra 和 H.-S. Philip Wong 所合作開發(fā)的。
在去年的《自然》期刊上，Max Shulaker 團(tuán)隊(duì)就發(fā)表了這一重大成果：將 200 萬個(gè) CNT 晶體管以及 100 多萬個(gè)電阻 RAM 存儲單元構(gòu)建于單片硅芯片之上，層與層之間通過致密排列的金屬互聯(lián)相連接，構(gòu)造出一個(gè)用于酒精嗅探的多層電子鼻（electronic nose）裝置。值得注意的是，一家稱為 AkyWater Technology Foundry 的公司的參與使得這項(xiàng)成果不僅僅是一場炫酷的科技演示。
SkyWater 公司的設(shè)備主要用于處理 200 毫米的晶圓，并采用 90 納米的工藝技術(shù)制造芯片。這項(xiàng)工藝在 2004 年還算的上是 200 毫米晶圓加工的尖端技術(shù)，但大型公司早在 15 年前就開始放棄這種技術(shù)了。然而，DARPA 為什么要對這樣一個(gè)“過氣的”制造廠投入如此多的資金呢？
聽了該公司總裁 Thomas Sonderman 的觀點(diǎn)，你就會覺得雖然這似乎不是最好的選擇，但這可能是唯一的選擇。
因?yàn)樗ㄖ?90 納米工藝）是一個(gè)非?？煽康墓に嚕⑶覐V泛用于生產(chǎn)小批量芯片?！罢脑S多工作是圍繞 90 納米工藝完成的，”Sonderman 說?！耙虼耍_發(fā)一種能夠進(jìn)化到更高性能，但仍然遵循 90 納米工藝的技術(shù)是非常重要的?！?/p>
據(jù) Sonderman 透露，除此之外，處于當(dāng)前大國技術(shù)競爭的背景之下，DARPA 也希望將該技術(shù)能留在美國本土，而 SkyWater 是目前國內(nèi)唯一一家美國獨(dú)資的專營晶圓代工廠。如果 DARPA 選擇在像桑迪亞（Sandia）這樣的國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)該技術(shù)，成果可能會依賴于不尋常的設(shè)備和專業(yè)技術(shù)。此外，如果要用于防御應(yīng)用之外的商業(yè)用途，則仍需要移植到其他商業(yè)制造廠。Sonderman 稱，“在同一家工廠開發(fā)這種技術(shù)，你就可以開足馬力生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品”。
除此之外，并非每個(gè)工廠都愿意使用非標(biāo)準(zhǔn)材料如碳納米管等，因?yàn)槿绻幚聿划?dāng)，很可能會污染其他客戶的產(chǎn)品。
Sonderman 解釋道：“當(dāng)你想要引進(jìn)一些材料如超導(dǎo)材料的時(shí)候，就需要制定一整套的協(xié)議，并且將其放在 CMOS 流程的同一條生產(chǎn)線上。我們不僅制定了這些協(xié)議，并且我們在這方面有大約 10 年的經(jīng)驗(yàn)。我認(rèn)為這是我們真正的優(yōu)勢之一，這也是外界很難與 SkyWater 競爭的原因。”
在接下來的三年里，麻省理工學(xué)院的 Shulaker 團(tuán)隊(duì)將專注于開發(fā)可量產(chǎn)的制造工藝，斯坦福團(tuán)隊(duì)將開發(fā)設(shè)計(jì)工具，以幫助工程師充分利用 CMOS、CNT 晶體管和 RRAM 層疊所提供的增強(qiáng)性能。而 Skywater 公司將致力于在其工廠開發(fā)并測試一套高產(chǎn)的“工藝流程”。
Sonderman 說：“美國政府對于建立一個(gè)不僅能在實(shí)驗(yàn)室工作，并且可以供傳統(tǒng)的工廠模型使用的工藝流程十分感興趣。因?yàn)檫@意味著你不僅擁有技術(shù)，還能創(chuàng)建一個(gè)供客戶使用的工藝流程?！?/p>
對于 SkyWater 以及其他小型制造廠來說，能夠在不需要高價(jià)置換先進(jìn)技術(shù)的前提下就提高最終性能，這將是一個(gè)巨大的勝利。幾十年來，摩爾定律的發(fā)展已經(jīng)開始展露疲態(tài)，半導(dǎo)體行業(yè)不斷縮小的特征尺寸已經(jīng)變得過于昂貴。Sonderma 稱，最新的基于極紫外光刻技術(shù)的工藝動輒需要數(shù)十億美元的投資，而維持這些產(chǎn)品生存的產(chǎn)量，對于服務(wù)小型互聯(lián)網(wǎng)用戶并無益處。如果未來一切按計(jì)劃進(jìn)行，將標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)回 90 納米，那么我們就能持續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
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