（原標題：創新不止，摩爾定律不滅！）
引言：至少十年來，人們一直在談論摩爾定律的終結問題。尤其是半導體領域兩大人物黃仁勳和基辛格的說法，讓業內資深人士和觀察家們都感到困惑。1965年，英特爾的聯合創始人戈登·摩爾預測，單個芯片上的晶體管數量大約每兩年翻一番，而成本只會有極小的增加。這個預測在當時是革命性的，因爲它預示了一個持續創新和技術進步的時代。後來它被稱爲“摩爾定律”，成爲半導體行業發展的指南針和燈塔，深刻地影響了整個半導體產業的發展。
圖源：戈登·摩爾《在集成電路上容納更多組件》一文
六十載風雲變幻，摩爾定律引領行業發展
在過去的近六十年間，摩爾定律一直是半導體行業的燈塔，指引着技術進步的方向。摩爾定律的影響是深遠的。從最初的幾十個晶體管到今天的數十億個晶體管，摩爾定律激發了無數技術突破，包括微處理器的發展、存儲器的進步和整個電子產業的變革。
1970年代，英特爾8086微處理器加快了個人計算時代的到來。1980年代，第一個擁有100萬個晶體管的x86處理器誕生。1990年代，英特爾奔騰處理器誕生，至強處理器爲服務器、工作站帶來強大的算力。2000年代，首個在單個芯片上集成兩個處理器，專爲個人電腦設計的多核結構的英特爾“酷睿”誕生。
在晶體管微縮的道路上，挑戰從未止步。然而，每一次，在摩爾定律的指引下，半導體行業都成功克服了重重困難，實現了技術突破。從應變硅（strained silicon）、Hi-K金屬柵極到FinFET晶體管，以英特爾爲代表的半導體巨頭在晶體管微縮領域取得了一系列里程碑式的創新成果。摩爾定律已經被一次又一次地證明是正確的，這些創新不僅大幅提升了芯片性能，也爲摩爾定律的延續奠定了堅實的基礎。
當今世界，對計算的需求呈指數級增長。人們渴望更強大的計算能力，以滿足視頻、遊戲、人工智能等應用場景的複雜需求。這種需求與芯片的面積、成本和功耗成反比。簡而言之，這就是“摩爾定律”：更充足、更強大、更具性價比的計算能力，是經濟增長的關鍵組成。
誠然，摩爾定律在過去六十年中取得了巨大的成功，但如今也面臨着一些挑戰。隨着晶體管尺寸的不斷縮小，物理極限逐漸被摸到，傳統的摩爾定律scaling（微縮）速度正在放緩。然而，這並不意味着摩爾定律的終結，而是激勵着整個行業不斷尋找新的材料、新的設計架構和新的製造工藝。畢竟，逆境是發明之母。
朝着萬億晶體管邁進，如何延續摩爾定律？
摩爾定律作爲半導體技術的“黃金法則”，爲我們所處的這個日益數字化、智能化的世界奠定了基礎。而下一步，摩爾定律將繼續指引着半導體產業的發展方向。
目前單個設備中的晶體管數量約十億個，英特爾預計，到2030年，單個設備中集成的晶體管數量將達到一萬億。如何實現一萬億晶體管呢？這將是一個集大成的過程。
（一）製程微縮：摩爾定律的永恒追求
首先，製程方面仍然繼續要微縮下去，製程微縮是實現晶體管數量增長的關鍵手段。作爲“摩爾定律”的提出者和踐行者，2021年，英特爾提出4年5個節點計劃，帶領半導體產業邁向埃米時代。如今，英特爾的“四年五個製程節點”計劃正在按部就班的順利進行當中。
在接下來的Intel 20A、Intel 18A和Intel 14A三個重要節點中，英特爾將引入更多的新技術。例如英特爾將從Intel 20A開始，採用全新的晶體管架構——RibbonFET全環繞柵極（GAA）晶體管，在RibbonFET晶體管中，柵極能夠更好地控制電流的流通，同時在任意電壓下提供更強的驅動電流，讓晶體管開關的速度更快，從而提升晶體管的性能。RibbonFET晶體管架構的水平溝道可以垂直堆疊，而不是像FinFET一樣只能將鰭片並排放置，因此能夠以更小的空間實現相同的性能，從而推動晶體管尺寸的進一步微縮。RibbonFET還將進一步提升芯片設計的靈活性，其溝道可以根據需求加寬或縮窄，從而更適配不同的應用場景。
PowerVia背面供電是另一項關鍵的技術。傳統晶體管架構中，電源線和信號線共享同一塊晶圓空間，限制了芯片性能和能效的提升。背面供電技術將電源線移至晶體管背面，有效解決了這一問題，顯著提高了芯片性能和能效。經過測試結果顯示，使用PowerVia技術的芯片大部分區域的標準單元利用率超過90%，單元密度大幅增加，成本有望降低。同時，PowerVia技術將平台電壓降低了30%，並實現了6%的頻率提升。背面供電技術爲晶體管微縮提供了重要支撐。
在摩爾定律的微縮下，光刻技術將繼續佔據重要地位。下一代EUV光刻技術High NA EUV，有望進一步提升晶體管微縮能力。High NA EUV光刻機預計能夠打印比現有EUV工具小1.7倍的特徵，與 0.33NA EUV 相比，High NA EUV（或 0.55NA EUV）可以在類似特徵下提供更高的成像對比度，從而使每次曝光所需的光更少，減少打印每層所需的時間並增加晶圓產量。目前，英特爾是業界第一家收到並組裝了業界首臺High NA EUV 光刻系統的代工廠。英特爾計劃在Intel 14A節點上採用高數值孔徑 (High NA) 極紫外 (EUV) 光刻技術。
2024年4月，英特爾High NA EUV光刻機在位於俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾公司Fab D1X的潔淨室中安裝完成並開始校準。（來源：英特爾公司）
（二）先進封裝，愈發重要
近年來，2.5D、3D等先進封裝技術的發展進步，爲摩爾定律的延續提供了新的路徑，併成爲各大晶圓廠爭相角逐的競爭焦點。目前英特爾先進封裝技術主要包括以下幾個方面：
EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）2.5D先進封裝技術：支持把不同的芯片放在同一塊平面上相互連接，將芯片互連的凸點間距降低到45微米，顯著提高了芯片互連密度和帶寬。
Foveros 3D先進封裝技術：支持在垂直層面堆疊獨立的芯片模塊，並通過硅通孔技術實現垂直層面的互連，進一步提升了晶體管密度和性能。
下一代Foveros技術Foveros Direct：採用銅與銅的混合鍵合連接技術取代焊接，將凸點間距繼續降低到10微米以下，並將大幅提高芯片互連密度和帶寬，及降低電阻。
除了在結構和互聯上的創新，材料創新也變得必不可少。業界預測，到2020年代末期，半導體行業在使用有機材料的硅封裝中微縮晶體管的能力可能將達到極限。有機材料的耗電量較大，且在微縮過程中容易出現收縮和翹曲等問題。以英特爾爲代表的企業開始探索玻璃基板的潛力。
玻璃基板擁有超低平面度、更好的熱穩定性和機械穩定性，這使其在支持高密度、高性能芯片封裝方面具有獨特優勢。隨着有機基板在微縮過程中逐漸達到極限，玻璃基板的應用將成爲下一代半導體技術發展的關鍵。
（三）超越摩爾定律
爲實現2030年在單個設備中集成一萬億個晶體管的目標，英特爾組件研究團隊還在3D堆疊CMOS晶體管、在同一塊300毫米晶圓上成功集成硅晶體管和氮化鎵（GaN）晶體管、使用過渡金屬二硫屬化物（TMD）等2D通道材料以及堆疊型鐵電電容器等多個領域進行廣泛的研究。通過在多個前沿技術領域的持續創新，英特爾組件研究團隊正努力推動摩爾定律的延續。
“莫爲歷史所羈絆，放手而爲創絢爛”這句話來自英特爾公司聯合創始人羅伯特·諾伊斯。展望未來，儘管傳統的硅基工藝面臨瓶頸，但新興技術如量子計算、光子計算以及碳納米管等有望接過摩爾定律的接力棒，繼續推動計算能力的飛躍。
通過製程和封裝雙管齊下，並結合多個細分技術，英特爾劍指2025年製程之巔。英特爾的創新實踐，彰顯了其對超越摩爾定律的堅定決心和對引領計算未來發展的使命擔當。一萬億晶體管的目標指日可待。
結語
戈登·摩爾在1995年寫道：“我並不指望這個估算有多精確。我只是想讓大家明白，這是一項有前途的技術，從長遠來看，它有望做出巨大貢獻。”歸根結底，摩爾定律從一開始就不是“定律”，是戈登·摩爾對半導體技術的觀察和對未來發展的預測。
而經過半個世紀以來，摩爾定律早已不僅是一個技術預測，更是半導體行業追求進步的精神象徵。持續創新正是摩爾定律的基石。無論是從硅晶體管的發展，到納米級工藝，再到如今探索的量子計算和其他前沿技術，摩爾定律始終在推動技術的邊界。它激勵着無數科學家和工程師不斷突破自我，追求更高的目標。
正如英特爾CEO帕特·基辛格所說的：“在窮盡元素週期表之前，摩爾定律都不會停止。”因此，只要創新不止，摩爾定律就不會停止。