半岛综合体育2023年度10大半导体故事｜盘点

　　半岛综合体育从谷歌号称“AI比人类更善于设计芯片”却惨遭打脸、不断反转，到美国芯片法案的天量资金快速涌入芯片制造业进而影响大学课程，再到背面供电的芯片、芯片上的粒子加速器、史上最快的半导体……

　　，称他们利用强化学习AI系统，在不到6小时里自动生成了芯片布局图，而且AI的设计优于顶尖学术算法和人类设计师。

　　此重磅消息引发行业轰动，以及随之而来的质疑。谷歌内部就有迪恩的竞争对手、后被解雇的研究员萨特拉吉特·查特吉（Satrajit Chatterjee）撰写文章表达反对意见。

　　后来，加州大学圣迭戈分校的安德鲁·卡恩（Andrew Kahng）团队研究了谷歌的

　　Nature论文以及相关代码，并将质疑写成论文；2023年3月，文章被国际集成电路物理设计会议

　　Nature撤下了卡恩最初针对迪恩团队工作所发表的评论文章，并称赞谷歌的成果半岛综合体育。2023年8月，迪恩表示，谷歌有一款引以为傲的TPU芯片

　　（全称“张量处理单元”），研发团队使用AI或其他方式对TPU进行布局设计，结果发现AI使37个模块中的26个性能更优，7个不亚于其他方式。

　　Nature在迪恩的论文下附上一则声明：“请读者注意，本文中的性能声明已受到质疑，编辑正调查这些问题，一旦调查结束，将采取行动。”

　　2022年8月，美国白宫正式签署《芯片和科学法案》。进入2023年后，新法案快速落地，数以千亿计的美元注入美国芯片行业半岛综合体育。不过问题也出现了：谁去那些新建起来的芯片制造工厂里工作？

　　科学作家普拉奇·帕特尔（Prachi Patel）报道称，美国各地的大学，尤其是那些靠近晶圆厂建设项目的大学，正改进其半导体教育课程以应时势，旨在引导有才华的学生不被AI等热门行业诱惑，而投身AI之基石——芯片制造。

　　2023年11月，加州大学洛杉矶分校团队报道了他们发明的热晶体管。这是第一个使用电子信号控制热量流动的固体半导体器件。

　　散热问题一直限制着处理器性能，而且随着处理器演变为3D堆叠的小芯片集合，散热只会越来越困难。热晶体管能以1兆赫的超快速度开启和关闭导热，相比之下，当前常规方法（即便是非常先进的）对芯片温度变化的反应可谓迟缓。

　　极紫外光刻（EUV光刻）技术已经打磨了数十年，直到几年前方才进入常规应用，在最先进的芯片上打印纳米级图案。眼下是升级的时候了。

　　荷兰光刻机巨头ASML的工程师表示，目前所用的技术版本仅用于制作分辨率约为其光波长，即13.5纳米的图案。要突破至更精细水平，工程师必须对系统光学器件进行一些重大改进，并解决随之而来的一系列问题。另外，这并非EUV的唯一改进，还有一些新技术旨在令光刻更加环保，例如能实现氢气回收的反向燃料电池。

　　作为后起之秀，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的功率半导体比传统硅器件更高效。现在我们还不够了解这两种宽带隙半导体，不清楚它们在何种条件下能实现最理想工作效率，也难预测哪一种能笑到最后，不过有一件事是明确的，SiC和GaN半导体都不会导致大量碳排放。

　　IEEE Spectrum认为，SiC和GaN器件各有所长、相互竞争，一场宽带隙半导体的竞逐刚刚开始，而它们的发展、升级、更替，将对地球气候产生重大影响，有望在未来几年减少数十亿吨温室气体排放。

　　自从芯片发明以来，所有连接晶体管的金属线都在硅片上表面形成。这种方式几十年来都很管用，但它走到头了。承载数据的互连结构与承载功率的互连结构半岛综合体育，二者所需要的东西存在根本性矛盾。

　　总的来说，如果承载功率的互连短而宽，功率损失就会更少。鉴于此，研究人员想出了一个方案：将功率传输网络移至硅的下表面，即“背面供电”，背面的金属线可以保持宽度和导电性，而硅上表面也有更多空间用于更好封装承载数据的线路。

　　英特尔是第一家宣布将使用背面供电技术制造芯片的制造商，并称这一解决方案为PowerVia。他们于2023年6月公布的数据显示，PowerVia本身可带来约6%的性能提升——大幅缩小晶体管对性能的改善也就比这个高一倍而已。英特尔计划于2024年使用PowerVia和新型晶体管RibbonFET的组合来制造CPU。

　　硅的用途太多了，可惜，制造激光器并非其中之一。但假若能把激光器集成到硅芯片上，许多棘手的集成问题将迎刃而解，处理器和其他芯片之间的数据传输速度也将更快。

　　因此，工程师一直在寻找切实可行的方案，将由化合物半导体制成的激光器集成到硅晶圆上，并保证实现方式是易于制造、成本较低的。

　　IEEE Spectrum撰文介绍了四种极具前景的激光器集成策略，并乐观预测它们会在未来几年进一步发展，能够满足不同应用。

　　粒子加速器利用电场推动沿直线或环形金属管道的带电粒子，使其获得高能量。传统粒子加速器的尺寸小则几米，常见于医疗应用，大到数千米，往往用于基础研究；电场强度通常为数百万伏特每米。

　　Nature发文报道了芯片大小的超迷你版粒子加速器：加速通道宽225纳米、长0.5毫米；不加电场，而用激光照射来推动电子运动；从进入到离开，电子能量从28 400 电子伏特增至40 700电子伏特。

　　这种新型加速器可用标准的洁净室技术（例如电子束光刻技术）来创建，短期内有望用于皮肤癌的放射疗法等，从长远看，它或许能带来新型的激光和光源。

　　什么东西有6个铼原子、8个硒原子和12个氯原子？答案是迄今为止发现的最快最高效半导体。

　　（superclusters），行为就像一个大型原子，但拥有铼、硒、氯都不具备的特性。Re

　　声子是由固体振动形成的准粒子，可以看作量子化的声波。通常声子会通过干扰激子、束缚电子对和带正电的空穴减慢粒子运动速度，但Re

　　2中的声子不撞击激子，而与激子结合，产生一种新的准粒子，该准粒子能以两倍于电子运动的速度自由流过半导体。不过很可惜，铼是地球上最稀有元素之一。

　　硅太阳能电池相对便宜且供应充足，但它们把握不住阳光中的大量能量——光子能量小于硅带隙的光都无法被利用。那么，如果我们可以将原本难以利用的光变换至可利用呢？

　　众所周知，光子能量等于普朗克常量与光子频率，而光子的颜色也由能量/频率决定。按理来说，光的频率是给定的，但事实证明，我们可以通过所谓的上转换（upconversion）过程将两个低能光子转变为一个高能光子。斯坦福大学专家通过在多个分子和能态之间交换电子的复杂过程半岛综合体育，成功将两个无法被硅利用的光子变成一个有用光子。

　　IEEE Spectrum撰文介绍其工作半岛综合体育，并表示通过上转换改变光子颜色的方法还有望应用于3D打印、组织成像、光遗传学、被动夜视等领域。