當摩爾定律走不下去,半導體要突破得靠量子運算、矽光子

2018.11.13 by
葛翰勳
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根據摩爾定律,晶片體積會一再縮小,但1奈米之後還能再小嗎?專家指出,由於已超過矽材料的物理極限,摩爾定律將走不下去,但後摩爾定律時代,只有量子運算、矽光子才能提供解方。

工研院IEK Consulting預估2018年台灣IC產業產值較去年成長7%,達新台幣2.63兆元,而AIoT、自駕車與高效能運算等需求,將成為半導體產業未來的成長動力。終端應用產品正從過去的3C電子產品轉向AI、IoT等加值領域。

而根據「摩爾定律」(Moore’s law),電晶體將隨著技術的改良而不斷縮小,目前台灣與韓國的製程領先全球,已經推進到7奈米。但一般認為當演進至1奈米,已經超過矽材料的物理極限,摩爾定律將碰到天花板,再也走不下去。

針對這樣的困境,工研院表示2019年跨入「後摩爾定律時代」(beyond Moore’s law),技術上的解方有二:量子運算與矽光子。這兩大技術也將是2020~2030年半導體技術演進的重要推手。

量子運算,巨量資料微秒完成

有別於一般電腦採用0與1的二進位制,量子電腦則採用「量子位元(qubit)」,其「疊加(superposition)」的特性,可以同時出現0與1,所以能夠同時處理大量資訊,特別是多變量的數據,這也符合未來AI的發展趨勢。

日本豐田通商(Toyota Tsusho)與電綜(DENSO)便運用量子運算,在泰國建立大規模交通資訊平台「TSQUAREアプリ」,利用13萬車輛回報的資訊,進行即時交通分析,並回饋給用戶最適合的行車建議。利用量子運算,36萬筆資訊在20微秒(百萬分之一秒)內完成,相較現行設備足足快了1億倍。

矽光子,以光代電優化製程

現在的資訊傳輸主要是靠電,而矽光子( Silicon Photonics )的技術,是將「電訊號」改為「光訊號」來傳遞數據,以提高傳輸距離、增加資料頻寬與降低單位耗能。

然而矽本身無法發光,所以光源發展來自於外界,雷射光則是主要光源。需藉由封裝方式將光源與晶片進行組裝,而將雷射直接整合到晶片上,則是未來的目標。

另外,矽光子技術可整合現有半導體CMOS製程,成為業界頗受矚目的研究方向,但矽光子技術的難度在於,整合半導體技術和光學技術,仍需要扭轉部分技術開發的思維與製程。

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