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中国发展半导体能“弯道超车”?误会有点大了

近期被热炒的中科院3nm晶体管和北大碳基芯片也属于这一类,共同的特点是用新材料取代传统的硅材料,在某些性能上拥有突出的表现。

2017年,北大彭练矛院士团队研制了高性能5 nm(纳米)栅长碳纳米管CMOS器件,并发表在权威期刊《Science》上。根据研究,其工作速度3倍于英特尔最先进的14 nm商用硅材料晶体管,能耗却只有硅材料晶体管的1/4。

因此近期某些媒体认为,中国将通过碳基芯片和中科院的3nm晶体管实现弯道超车。真的是这样吗?

像这样说的人,其实隐含了一个判断,即:近几年来,作为计算机核心的CPU的单核性能不再像过去一样大幅提高,是因为硅半导体材料的力学、化学和电学性能不行。但事实是,制约CPU主频提高的因素是芯片功耗障碍和带宽障碍,这些都不是靠换材料能够解决的。

以主频的提高为例,130nm工艺之后,芯片电路延迟随晶体管缩小的趋势越来越弱。伴随而来的就是主频的提升越来越难,目前制约主频的主要因素已经成为连线时延而非晶体管的翻转速度。

随之制程的减小,门延迟降低而连线延迟上升

现今CPU的主频提高早已由门延迟主导变为连线延迟主导,连线延迟通俗的说就是电流在CPU中流动产生的延迟。由于电子以接近光速传播,没有更快的可能了,想要优化只能让CPU性能上升的情况下,还得简化其结构,引入新的材料并不能解决面临的这一难题。

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