能降低 85% 的能耗，IBM 和三星的新晶片設計為什麼這麼厲害？

IBM 和三星在半導體設計上再取得新進展！據兩家公司稱，他們研發出一種在晶片上垂直堆疊電晶體的新設計。而在之前的設計中，電晶體是被平放在半導體表面上的。

新的垂直傳輸場效應電晶體（VTFET）設計旨在取代當前用於當今一些最先進晶片的 FinFET 技術（Fin Field-Effect Transistor；鰭式場效電晶體），並能夠讓晶片上的電晶體分布更加密集。這樣的布局將讓電流在電晶體堆疊中上下流動，而在目前大多數的晶片設計中，電流是水平流動的。

半導體的垂直設計開始已久，並從現在通用的 FinFET 技術中獲得一定的靈感。據悉，儘管其最初的工作重點是晶片組件的堆疊而不是改良電晶體的排布，英特爾未來將主要朝此方向進行開發與設計。當然這也有據可循：當平面空間已經更難讓電晶體進行堆疊時，唯一真正的方向（除了物理縮小電晶體技術）是向上。

▲ VTFET（左）與 FET（右）的比較。

▲ 水平排列的 FET 設計。藍色塊為虛擬隔離柵。

▲ VTFET 技術不僅縮小柵距，也移除了 FET 設計中的隔離柵（藍色塊），提高了電晶體密度。

雖然我們距離實際消費類晶片中使用 VTFET 設計還有很長的路要走，但英特爾和三星兩家公司正強勢發聲。他們指出 VTFET 晶片可以讓設備「性能提高兩倍或能源使用減少 85%」。

IBM 和三星還雄心勃勃地提出了一些大膽的想法，比如「手機充一次電用一週」。這能讓能源密集型的產業能耗大幅降低，比如數據加密；同時，這項技術甚至也可以為更強大的物聯網設備甚至太空飛行器賦能。

IBM 之前曾在今年早些時候展示過它的首款 2nm 晶片。該晶片採用了與之前不同的方式來填充更多電晶體，方法是使用現有的 FinFET 設計擴大可以安裝在晶片上的數量。然而，VTFET 技術則是更進一步，儘管距離我們看到使用這項技術的晶片面世還有很長一段時間。

然而 IBM 也不是唯一一家展望未來生產的公司。英特爾在今年夏天公布了即將推出的 RibbonFET（英特爾首款全環柵電晶體）設計，這是英特爾在 FinFET 技術上獲得的專利。這項技術將成為英特爾 20A 代半導體產品的一部分，而 20A 代晶片則計劃於 2024 年開始量產。最近，IBM 還宣布了自己的堆疊電晶體技術計畫，並將其做為 RibbonFET 未來的次世代產品。

（本文由雷鋒網授權轉載；圖片來源：IBM）