Транзисторы и интегральные схемы прошли долгий путь, чтобы достичь того, чем они являются сегодня. Они сыграли важную роль в развитии компьютерной индустрии. Но даже у этой отрасли более древняя история, чем многие думают.
Английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж создал первую машину (свою “аналитическую машину”), которая включала в себя многие элементы современных компьютеров, в 1837 году. Первый полностью электронный компьютер (электронный числовой интегратор и вычислительная машина, или ENIAC), работающий на вакуумных лампах, был представлен в 1946 году.
В следующем, 1947 году, группа ученых из Bell Laboratories создала первый транзистор. Транзисторы были намного меньше, намного легче, долговечнее и эффективнее вакуумных ламп. Их изобретение, за которым последовала разработка интегральной схемы в конце 1950-х годов, проложило путь к революции в персональных компьютерах и подъему Силиконовой долины.
В то время как индустрия персональных компьютеров в 1970—х и 1980—х годах была еще небольшой, большие компьютеры - даже со сложными технологиями охлаждения - начали выходить за пределы мощности ранних транзисторных технологий. Это проложило путь к интеграции технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП). В CMOS используются взаимодополняющие и симметричные пары двух различных типов полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) - p—типа и n-типа. По сравнению с более ранними полупроводниковыми технологиями, технология CMOS обладает преимуществами низкого энергопотребления и ограниченным выделением тепла.
К середине 1990-х годов технология CMOS способствовала разработке новых продуктов с логикой и памятью в персональных и коммерческих отраслях компьютерной индустрии. Однако в течение десятилетия ограничения по мощности вновь стали проблемой. Это подтолкнуло отрасль к внедрению многоядерной обработки данных для повышения производительности вычислений.
Инновации продолжают стимулировать появление новых полупроводниковых технологий в настоящее время. Чтобы достичь производительности, сопоставимой с предыдущими десятилетиями, отрасль начала отходить от прошлых архитектур и разрабатывать новые решения для решения нынешних и будущих проблем.
Куда движется будущее полупроводниковой промышленности?
Стремясь сохранить свой стабильный уровень производительности, полупроводниковая промышленность использовала два ключевых типа технологий, стремясь преодолеть существующие ограничения в области полупроводников.
Все больше компаний Moore techniques предпринимают попытки дальнейшего развития CMOS-технологий, чтобы идти в ногу с масштабированием в соответствии с законом Мура. Требования к постоянному масштабированию и повышению производительности стали особенно важными на фоне спроса на новые приложения. Высокопроизводительные вычисления, мобильные вычисления, автономное зондирование и вычислительная техника стимулируют развитие технологий Moore. Эти технологии нацелены на повышение производительности при постоянной мощности и стоимости.
В отличие от More Moore, технологии More than Moore, которые направлены на улучшение использования существующих полупроводников, не обязательно масштабируются в соответствии с законом Мура. Но новые требования и области применения также стимулируют эти решения. Например, интеграция новых нецифровых функций в системы персональной электроники стимулирует не только решения Moore. Мы можем видеть примеры этих решений в модулях миниатюрных камер, системах обнаружения движения, биометрической идентификации и мониторинга состояния здоровья. Будущие разработки в области нано- и биотехнологий, вероятно, также продолжат стимулировать не только технологии и продукты Moore.
С учетом этих разработок на горизонте будущее полупроводниковой промышленности выходит за рамки CMOS. Beyond CMOS относится к технологиям цифровой логики, которые превосходят существующие пределы масштабирования CMOS. Другие технологии Moore уже расширили текущие пределы масштабирования CMOS на порядок по размеру элементов и на два порядка по скорости. Но технология Beyond CMOS в настоящее время развивается еще дальше, достигая большего, чем Moore.
Ключевой целью исследований и разработок Beyond CMOS является замена широко используемых технологий статической памяти с произвольным доступом и флэш-памяти на новые технологии энергонезависимой памяти. Исследователи надеются удовлетворить спрос на электронные запоминающие устройства с высокой скоростью, высокой плотностью, низким энергопотреблением и возможностью встраивания.
В настоящее время технология Beyond CMOS используется в нескольких нишевых приложениях. Но большинство технологий Beyond CMOS существует скорее в области возможностей, чем реальности. Вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем эта технология будет интегрирована в устройства, доступные широкой публике. Однако важно то, что исследователи работают над созданием новых и захватывающих возможностей для удовлетворения потребностей рынка.
