2024年10大半導體故事:萬億晶體管 GPU、鋼切片激光芯片、粒子加速器等

雖然在企業運營方面英特爾的2024充滿爭議，但在技術上似乎英特爾做的比財報要好看一點。我們梳理了IEEE整理的10大2024年半導體技術進展。

1. 我們將如何實現一萬億個晶體管 GPU
1971 年是特殊的一年，原因有很多——第一本電子書發布，第一場為期一天的國際板球比賽舉行，這位記者誕生了。這也是半導體行業首次售出超過 1 萬億個晶體管。如果臺積電高管的預測是正確的，那么十年內，一個 GPU 中將有 1 萬億個晶體管。代工廠計劃如何實現這樣一項技術壯舉是我們今年發布的閱讀量最大的半導體故事的主題。

2. 可以熔化鋼的微小超亮激光器
直到最近，切割鋼鐵和其他光學超級英雄主義壯舉一直是大型二氧化碳激光器和類似笨重系統的儲備。但現在，厘米級半導體也加入了這個俱樂部。這些器件被稱為光子晶體半導體激光器 （PCSEL），它利用半導體內部一系列復雜、精心塑造的納米級孔，將更多能量直接從激光器中排出。日本制造的 PCSEL 生產出發散僅 0.5 度的鋼切片梁。


3. 到 2024 年，英特爾希望超越其芯片制造競爭對手
英特爾在年初有一些雄心勃勃的目標。現在情況看起來不那么樂觀了。盡管如此，這篇 2024 年 1 月刊的文章的預測已經成為現實。英特爾將結合使用兩種新技術制造芯片，即納米片晶體管和背面供電。盡管主要競爭對手臺積電也很快將轉向納米片，但這家代工巨頭正在將后臺功能留到以后。但 Intel 的計劃并沒有完全經受住與客戶和競爭對手的接觸。它沒有將其名為 20A 的組合的第一個迭代商業化，而是跳到下一個版本，稱為 18A。

4. 研究人員聲稱第一個功能正常的基于石墨烯的芯片
長期以來，石墨烯一直是未來電子產品的一種有趣材料，但也是一種令人沮喪的材料。電子以硅所希望的速度穿過它，以太赫茲晶體管的潛力吸引著研究人員。但它沒有天然的帶隙，事實證明，給它一個真的很難。但佐治亞理工學院的研究人員又試了一次，想出了一種非常簡單的方法，可以在碳化硅晶圓上制造半導體版本。

5. 英特爾未來代工技術的巔峰
英特爾的代工部門寄希望于為其 18A 工藝贏得代工客戶，如上所述，該工藝結合了納米片晶體管和背面供電。關于客戶計劃使用這項技術構建什么，目前還沒有很多細節，但英特爾高管確實向 IEEE Spectrum 解釋了他們計劃如何在代號為 Clearwater Forest 的服務器 CPU 中使用這些技術以及一些先進的封裝。

6. 挑戰者正在爭奪 Nvidia 的桂冠
誰能打敗 Nvidia？這是許多關于 AI 硬件的文章的潛臺詞，我們認為我們應該明確地提出這個問題。答案是：也許非常可靠。這完全取決于你想在什么方面擊敗公司。

7. 印度向半導體投資 150 億美元
在這一年里，美國簽署了一連串初步交易，作為其 520 億美元重振芯片制造行業嘗試的一部分，我們的忠實讀者對印度稍小一些的舉措更感興趣。該政府宣布了三項交易，包括該國第一家硅 CMOS 晶圓廠。印度計劃提升芯片研發的關鍵設計師在今年晚些時候向IEEE Spectrum解釋了這一切。

8. 混合鍵合在 3D 芯片中起著重要作用
芯片封裝是摩爾定律延續的最重要方面之一，它使由許多不同的硅芯片組成的系統能夠連接在一起，就好像它們是一個巨大的芯片一樣。先進封裝中最熱門的技術是一種稱為 3D 混合鍵合的技術。（我知道這一點，因為我在 2024 年 5 月的 IEEE 電子元件技術會議上參加了不少于 20 場關于它的演講。3D 混合鍵合將芯片以垂直堆棧的形式連接在一起，其連接非常密集，您可以在一平方毫米內容納數百萬個芯片。


9. 摩爾定律的未來在粒子加速器中嗎？
就在你認為制造高級芯片已經是一個瘋狂的過程時，這里有一個暗示，未來將比現在更多。今天的極紫外光刻技術依賴于 Rube-Goldberg 式的程序，即用千瓦級激光器敲擊飛濺的熔融錫液滴，以產生發光的等離子體球。但未來的芯片制造將需要比這種系統所能提供的更亮的光線。有人說，答案是一個巨大的粒子加速器，它通過使用高能物理版本的再生制動來節省能源。

10. 期待一波晶圓級計算機
7 個帶有各種電子元件的金屬方塊盤旋成堆棧。特斯拉就像 1970 年代搖滾歌曲中的牛鈴一樣，未來的計算機需要更多的硅。多少？一整片晶圓都裝滿它怎么樣。早在 4 月，世界上最大的代工廠 TSMC 就制定了其先進封裝計劃，并且未來指向晶圓級計算機。從技術上講，臺積電已經為 Cerebras 制造了一段時間，但它計劃在未來幾年提供的產品將更加靈活和普遍可用。到 2027 年，該技術可能會導致系統的計算能力是今天的 40 倍