2047年是晶體管發明100周年，屆時晶體管會是什么樣子？它們甚至會成為今天的關鍵計算元素嗎？IEEE Spectrum向世界各地的專家詢問了他們的預測。

一位專家表示，預計晶體管會比現在更加多樣化。正如處理器從 CPU 發展到包括 GPU、網絡處理器、AI 加速器和其他專用計算芯片一樣，晶體管也將發展以適應各種用途?！霸O備技術將變得特定于應用領域，就像計算架構已經成為特定于應用領域一樣?！?IEEE Fellow，前臺積電企業研究副總裁，斯坦福大學電氣工程教授Philip Wong說。

IEEE 院士、佐治亞理工學院電氣與計算機教授、多所大學納米技術研究所所長Suman Datta 表示，盡管種類繁多，但基本的工作原理——打開和關閉晶體管的場效應——可能會保持不變研究中心上升?！霸撛O備的最小臨界尺寸可能為 1 納米或更小，使設備密度達到每平方厘米 10 萬億個。”IEEE 研究員、英特爾董事會成員，加州大學伯克利分校工程學院院長Tsu-Jae King Liu說。

專家們似乎同意，2047 年的晶體管將需要新材料，可能還需要一種堆疊或 3D 架構，以擴展計劃中的互補場效應晶體管（CFET，或 3D 堆疊 CMOS）。Datta 表示，現在平行于硅平面的晶體管溝道可能需要變得垂直，以繼續增加密度.

AMD 高級研究員Richard Schultz表示，開發這些新設備的主要目標將是功耗?！爸攸c將放在降低功耗和對先進冷卻解決方案的需求上，”他說。“需要重點關注在較低電壓下工作的設備?！?/p>

晶體管在 25 年后仍將是大多數計算的核心嗎？

很難想象一個計算不是用晶體管完成的世界，但是，當然，真空管曾經是首選的數字開關。根據麥肯錫公司的數據，不直接依賴晶體管的量子計算的啟動資金在 2021 年達到了 14 億美元。

但電子設備專家表示，到 2047 年，量子計算的進步速度不足以挑戰晶體管?！熬w管仍將是最重要的計算元件，”IEEE 院士、加州大學伯克利分校電氣工程和計算機科學教授Sayeef Salahuddin說。“目前，即使有了理想的量子計算機，與經典計算機相比，潛在的應用領域似乎也相當有限?！?/p>

歐洲芯片研發中心 Imec 的 CMOS 技術高級副總裁Sri Samavedam對此表示贊同?！皩τ诖蠖鄶低ㄓ糜嬎銘贸绦蚨裕w管仍將是非常重要的計算元件，”Samavedam 說?！叭藗儾荒芎鲆晹凳陙聿粩鄡灮w管所實現的效率?！?/p>

2047的晶體管已經發明了嗎？

二十五年是很長的時間，但在半導體研發的世界里，它并沒有那么長?！霸谶@個行業，從 [展示一個概念] 到引入制造通常需要大約 20 年的時間，”Samavedam 說?！翱梢园踩丶僭O 2047 的晶體管或開關架構已經在實驗室規模上進行了演示”，即使所涉及的材料不會完全相同。大約 25 年前與伯克利的同事展示了現代 FinFET 的 King Liu對此表示贊同。

但是，2047 年的晶體管已經在某處實驗室中的想法并未得到普遍認同。Salahuddin也認為它還沒有被發明出來?！暗拖?1990 年代的 FinFET 一樣，有可能對未來晶體管的幾何結構做出合理的預測，”他說。

AMD 的 Schultz 說，你可以在提議的由 2D 半導體或碳基半導體制成的 3D 堆疊設備中瞥見這種結構。“尚未發明的設備材料也可能在這個時間范圍內，”他補充道。

到 2047 年，硅仍將是大多數晶體管的活躍部分嗎？

專家表示，大多數設備的核心，即晶體管溝道區域，仍將是硅，或者可能是硅鍺（已經取得進展）或鍺。但在 2047 年，許多芯片可能會使用今天被認為奇特的半導體。這些可能包括氧化物半導體，如氧化銦鎵鋅；二維半導體，如金屬二硫族化物二硫化鎢；和一維半導體，例如碳納米管。Imec 的 Samavedam 說，甚至是“還有待發明的其他技術”。

AMD 高級研究員、IEEE 研究員 Gabriel Loh 指出，硅基芯片可能會與依賴更新材料的芯片集成在同一封裝中，就像處理器制造商如今將使用不同硅制造技術的芯片集成到同一封裝中一樣。

哪種半導體材料是設備的核心可能甚至不是 2047 年的核心問題。“溝道材料的選擇基本上取決于哪種材料與構成設備其他部分的許多其他材料最兼容，”Salahuddin說。我們對將材料與硅集成非常了解。

到 2047 年，晶體管將在哪些地方普及，而這些地方現在還沒有？

到處。不，認真的。專家們確實希望一定程度的智能和感知能夠滲透到我們生活的方方面面。這意味著設備將附著在我們的身體上并植入體內；嵌入各種基礎設施，包括道路、墻壁和房屋；織進我們的衣服；堅持我們的食物；在麥田里隨風搖曳；關注每條供應鏈中的每一步；并在尚未有人想到的地方做許多其他事情。

晶體管將“無處不在，需要計算、命令和控制、通信、數據收集、存儲和分析、智能、傳感和驅動、與人類的交互，或者進入虛擬和混合現實世界的門戶，”斯坦福大學的 Wong 總結道。

編輯：黃飛

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