英特爾打破摩爾定律 語音芯片尺寸縮小20%

隨著半導(dǎo)體的發(fā)展，語音芯片的尺寸近逼物理極限，摩爾定律將不適用；然而，一個(gè)來自美國(guó)的論文，讓摩爾定律出現(xiàn)延續(xù)的希望。英特爾和加州大學(xué)柏克萊分校的研究人員在自旋電子學(xué)領(lǐng)域取得突破進(jìn)展，一旦這項(xiàng)技術(shù)能夠量產(chǎn)，可望研發(fā)出超級(jí)語音芯片，以延續(xù)摩爾定律的有效性。

目前主流晶體管是 CMOS ，但尺寸有 5 納米的物理極限

摩爾定律是個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，指的是語音ic中可容納的晶體管數(shù)目，約 18 個(gè)月增加一倍，而這個(gè)定律主導(dǎo)科技產(chǎn)業(yè)數(shù)十年。目前的主流晶體管是 CMOS 晶體管，從 80 年代以來，大多數(shù)語音芯片廠商都仰賴 CMOS 晶體管，隨著語音ic可容納的晶體管數(shù)量增加，代表電子產(chǎn)品的尺寸也可以隨之縮小。

然而，CMOS 操作的原理涉及由絕緣柵極控制的可開關(guān)半導(dǎo)體電導(dǎo)率，但尺寸有 5 納米的物理極限，目前晶體管的尺寸已逼近物理極限，代表晶體管的尺寸很難再縮小，導(dǎo)致摩爾定律終結(jié)。

MESO 體積比 CMOS 小 20%，摩爾定律可延續(xù)

但是英特爾和柏克萊大學(xué)的研究人員提出一種可伸縮的自旋電子邏輯組件，它透過自旋軌道轉(zhuǎn)導(dǎo)和磁電開關(guān)來工作。該裝置采用先進(jìn)的量子材料，特別是相關(guān)氧化物和物質(zhì)拓?fù)錉顟B(tài)，進(jìn)行集體開關(guān)和檢測(cè)。

根據(jù)他們的研究顯示，一旦其采用多鐵性和拓?fù)洳牧?，放入邏輯和?nèi)存器件中，在相同空間下，MESO（magneto-electric spin-orbit；磁電旋轉(zhuǎn)軌道）裝置的邏輯運(yùn)算會(huì)比 CMOS 高出 5 倍；除此之外，能源效率也比 CMOS 晶體管提升 10 到 100 倍。也就是說，未來的 MESO「超級(jí)語音芯片」，體積會(huì)比現(xiàn)在的語音芯片少 80% ，而且耗能降低超過 90% ，因?yàn)樵趩挝幻娣e的運(yùn)算能力提升，晶體管尺寸可以再縮小，摩爾定律可望延續(xù)，人類能夠制造更精細(xì)的電子設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng) AI 時(shí)代計(jì)算機(jī)耗能需求飆升， MESO 可提升能源效率

由于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的崛起，未來計(jì)算機(jī)的能源效率需要再提升。根據(jù)美國(guó)能源局預(yù)估，目前計(jì)算機(jī)消耗的電能占美國(guó)能源總消耗的 3%，但隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能發(fā)展，計(jì)算機(jī)使用量增加，數(shù)十年后，這個(gè)比例將飆升到 20% ，跟今日運(yùn)輸所需要的能源相當(dāng)。如果沒有更節(jié)能的晶體管，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將受到阻礙。

此外，從國(guó)家戰(zhàn)略角度來看，如果沒有新的技術(shù)，美國(guó)在語音芯片方面的領(lǐng)導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，可能被其他國(guó)家的語音芯片廠商取代。

因此，這是英特爾與和加州大學(xué)柏克萊分校的研究人員，企圖以新材料讓 MESO 取代 CMOS 地位的原因。在自旋電子學(xué)技術(shù)下， MESO 有望在未來取代目前廣泛使用的 CMOS 晶體管，進(jìn)而延續(xù)摩爾定律，也讓物聯(lián)網(wǎng)和人工智能得以順暢發(fā)展。