GPU硅晶圆的极限

硅原子直径是5纳米，制程方面的进步已经很难了，改进制程的原因是可以降低成本，使单个晶圆生产更多的芯片。

可以使用硅以外的材料，2006年IBM硅锗芯片运行速度达到500GHz，由于成本原因不能在民用领域普及。砷化镓也是一种重要的半导体材料，可以在频率超过250GHz的情况下更有效地工作，同样由于成本原因不能在民用领域很难普及。石墨烯也很有前途的材料。

量子计算机还很遥远，光子元器件的技术目前也不成熟。

此外，忆阻器理论上可以替代晶体管和现在所有的数字逻辑电路，而且工作原理类似于神经突触，将来有望通过忆阻器来实现人工智能。

在 经典力学 里，粒子会被牢牢地束缚于原子核内，因为粒子需要超强的能量才能逃出原子核的位势。经典力学无法解释阿尔法衰变。在量子力学里，粒子不需要具有比位势还强劲的能量，才能逃出原子核的束缚；粒子可以 概率 性的穿越过原子核的位势，从而逃出原子核的束缚。伽莫夫想出原子核的位势模型，其为吸引性 核位势 与排斥性 库仑位势 共同形成。借着这模型，他用 薛定谔方程 推导出进行阿尔法衰变的放射性粒子的 半衰期 与能量的关系方程，即 盖革-努塔尔定律 。晶体管图：cpu的制程工艺，从14nm起，进展变得非常缓慢，摩尔定律已经失效了。 因为电子隧道效应的存在，公认的晶体管制程极限是5nm。 根据量子力学计算，硅芯片中线宽低于10nm左右的时候， 因此目前预计可能的线宽极限是1~10nm，不会低于一纳米。 芯片商最关心的可能就是成本问题了，“摩尔定律的终结不是技术问题，而是经济问题。” 鲍特姆斯说，包括英特尔在内的一些公司，依然试图在达到量子效应之前继续缩小元件体积，但是，产品缩得越小，成本越高。 每次产品体积缩小一半，生产商就需要全新的更准确的影印石版机器。如今，建立一条全新的生产线往往需要投入几十亿美元，这个成本仅有少数几家厂商可以承受。而由移动设备带来的市场碎片化，使得筹集这样的资金更加困难。“一旦下一代的每晶体管成本超过现有的成本，产品更新就会停止。”很多业内人士认为，半导体行业已经非常接近这个“产品更新停止”的阶段。 IBM与合作伙伴成功研制出7纳米的测试芯片，延续了摩尔定律，突破了半导体产业的瓶颈。对于IBM而言，7纳米制程技术的后续发展将会影响旗下Power系列处理器的规划蓝图。 据The Platform网站报导，7纳米制程芯片背后结合了许多尚未经过量产测试的新技术，IBM与GlobalFoundries、三星电子（Samsung Electronics）等合作伙伴，对何时能实际以7纳米制程制作处理器与其他芯片并未提出时程表。 IBM这次利用矽锗（silicon germanium）制造一部分的电晶体，因而能减少提升电路表现时进行快速切换的耗电量，而电路都是以极紫外线（Extreme UltraViolet；EUV）光刻技术蚀刻。 IBM研究表示，目前最先进的技术能够制造10纳米芯片，但是利用矽锗制作电晶体通道和EUV光刻，能够缩小电晶体尺寸的一半，同时还能够提升50%的电路电力效率。然而，EUV对于震动特别敏感，制作过程非常精密，因此要量产将有难度，价格也会十分高昂。 7纳米制程可使指甲大小的服务器芯片容纳200亿个电晶体 纳米是什么概念？ 1纳米等于十亿分之一米 1米（m）=100厘米（cm）； 1厘米（cm）=10-2m =10毫米（mm）； 1毫米（mm）=10-3m =1000微米（um）； 1微米（um）=10-6m=1000纳米（nm）； 1纳米=10-9m。【病毒大小约100纳米】 氢原子的直径为0.1纳米（1纳米=1m-9米） 硅原子大小半径为110皮米，也就是0.11纳米，直径0.22nm 水分子的直径为0.3nm = 3 x 10^(-10)m DNA分子直径10nm 病毒大小约20-300nm之间，约300nm的属于较大（但不是最大）的病毒、小儿麻痹之病毒约28nm，属于较小（但不是最小）的病毒 细菌的直径也有2,000nm， 2微米，0.5～5微米 一般细胞大小直径约为10-20微米 小孩子的头发的直径大概就在0.04毫米左右，40微米，40000nm 成人的头发的直径大概就在0.07毫米左右，70微米, 70000nm 粗硬的头发的直径是90微米以上,中性的头发的直径是60到90微米以上,细软的头发的直径是60微米以下 水熊虫，初生的时候只有50微米。而最大的只达1.4毫米。 人的大脑有800～1000亿个神经元细胞，人体总共大约有3万亿个细胞，3.9万亿个细菌 纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应: 表面效应 小尺寸效应 宏观量子隧道效应

1nm芯片不是极限。

1nm就是摩尔极限，也就是说，硅基芯片的极限精度理论上只能达到1nm，但由于自然环境的限制，其实际精度永远不可能达到1nm。

制程越小，功耗越小，在实现相同功能的情况下，发热小，电池可使用的时间更长。这就是芯片制程越来越小的主要原因。

台积电已经研发出了3nm芯片制造，本以为自己已经独占鳌头，却让人没有想到的是，近日英特尔突然宣布它们已经突破了芯片的摩尔极限，并且已经研发出三套方案，1nm不再是芯片精度的尽头。

发展：

芯片上有无数个晶体管，他们是芯片的核心，也就说，目前的技术是要把晶体管做的越来越小，这样，芯片上能容纳的晶体管就很多，芯片的性能就随之增加。

而目前最小的是1 nm栅极长度的二硫化钼晶体管。而且，并不是到1nm才会发生击穿效应，而是进入7nm节点后，这个现象就越来越明显了，电子从一个晶体管跑向另一个晶体管而不受控制，晶体管就丧失了原来的作用。

硅和二硫化钼（MoS2）都有晶体结构，但是，二硫化钼对于控制电子的能力要强于硅，众所周知，晶体管由源极，漏极和栅极，栅极负责电子的流向，它是起开关作用，在1nm的时候，栅极已经很难发挥其作用了，而通过二硫化钼，则会解决这个问题，而且，二硫化钼的介电常数非常低，可以将栅极压缩到1nm完全没有问题。

1nm是人类半导体发展的重要节点，可以说，能不能突破1nm的魔咒，关乎计算机的发展，虽然二硫化钼的应用价值非常大，但是，目前还在早期阶段，而且，如何批量生产1nm的晶体管还没有解决，但是，这并不妨碍二硫化钼在未来集成电路的前景。

---