晶体管技术颠覆性突破来了:手机有望重回一周一充

手机在过去的二十年间完成了从功能机向智能机的进化。如今,作为移动互联网的重要终端,手机已经成为我们日常生活必不可少的“赛博器官”。在手机向智能机进化的过程中,手机变得性能更强大,拍照更清晰,体验更智能。

但当人们在手机低电量却找不到插头和线的时候,还是会怀念起那个功能机长续航的时代。在曾经的功能机时代,手机的续航时间通常是一周左右,而如今的智能手机几乎都需要一日一充或一日多充。

实际上,从智能手机问世以来,对于提升手机续航的探索从来没有停止过。但此前的努力主要集中在电池材料和显示设备上:早在2015年,牛津大学BodleTechnologies实验室就曾经宣称可以使用相变材料造出几乎不需要使用电能的屏幕,以提高手机续航。

2016年,韩国浦项工科大学的研究中开发了一款超小固体氧化物燃料电池。该电池可以在同样体积下储存比锂电池更大的能量。但这些技术从实验室走向市场还需要相当长的一段时间。

同时,芯片行业的发展也遇到了瓶颈期。摩尔定律曾预言,在芯片中,封装的晶体管数量每两年会翻一番。但近年来该定律放缓。

这一方面是由于制程工艺的限制,另一方面则是由于半导体表面的面积有限,晶体管的数量不可能无限制的增长下去。从现在的角度来看,芯片晶体管数量的增长趋势已经失去了继续遵循摩尔定律的理论可能。

但如今,新的芯片制造工艺也许有望解决目前手机在性能和续航上的瓶颈,重回美好时代。

三星与IBM最新开发的垂直传输场效应晶体管技术(VTFET)创新性的将晶体管垂直于半导体布置,这使得电流的流动从传统的横向或并排流动可以变为垂直或上下的电流流动。

这样的改变,不仅使得芯片从二维时代走向三维时代,使摩尔定律预言的增长曲线在新的维度得以延续,并且与现有技术相比能够减少芯片使用过程中85%的能耗。

晶体管技术颠覆性突破来了:手机有望重回一周一充

根据IBM的报告,过去设计者提升芯片中封装的晶体管数量的方式通常是缩小栅极间距和布线间距。但在二维平面上,仍然存在一个使得所有元器件被合理布置的最小空间,该空间被称为CGP。无论多先进的封装技术,都无法突破CGP的限制。

使用VTFET工艺制造的芯片,由于电流垂直流动,栅极、空间和触点都不再受传统芯片封装工艺中二维平面的限制。在三维的空间中,GCP的限制可以被突破,这将使得在芯片设计时不再被迫权衡栅极、隔离物和触点的尺寸。这将显著提升芯片的性能并降低其功耗。

IBM副总裁Mukesh Khare在谈到这项技术的时候评论道:“这项技术旨在提供挑战传统并推动社会进步的创新,以改善人类生活,减少对环境的影响。IBM将继续和三星一道坚守联合创新,不断追求过硬技术的承诺。”

米粒
  • 本文由 发表于 2022年2月12日11:09:57
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