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摩尔定律还在继续吗?


摩尔定律,即封装到集成电路 (IC) 中的晶体管数量每两年翻一番,而计算成本减半的预测,已经有很长一段时间了。当英特尔的联合创始人兼名誉主席戈登·摩尔在 1965 年做出这一大胆的观察时,很少有人能想到,最先进的微芯片有一天会包含十亿倍的电路。得益于不断缩小的电路,计算设备在过去 5 年多的时间里年复一年地变得更小、更快、更便宜。

但是摩尔定律已经与物理定律发生了冲突。领先的代工厂和芯片制造商正在达到工艺技术的物理极限,至少我们今天所知道的如此。从 7 纳米 (nm) 节点迁移到 5 纳米或更小节点已变得异常困难且成本高昂。IC 性能、密度和成本降低方面的收益现在是递增的。随着摩尔定律的不断发展,计算能力和效率的重大飞跃将通过多核架构、软件、人工智能和机器学习、互连、封装和材料科学的进步来实现。

同时,摩尔定律仍然适用于在工艺技术的后缘制造的许多类型的半导体器件,包括那些包含模拟电路或根本没有晶体管的半导体器件。MEMS 计时设备就是一个典型的例子。让我们看看如何。

摩尔定律.png

时序是电子系统的心跳,提供准确、稳定的信号——就像人类的心跳一样——为系统中的所有数字组件提供参考。定时设备包括无源谐振器、有源振荡器以及集成时钟发生器和缓冲器,每一种都为系统提供不同的功能。计时设备内部有两个基本组件:一个以谐振频率振动的谐振器和一个将这些振动转换为电信号并分配它们的模拟 IC。这些组件组合在一个系统级封装 (SIP) 设备中,形成一个集成的计时解决方案。

大多数谐振器基于晶体石英,在制造过程中需要精确切割才能达到所需的谐振频率。虽然石英是一种成熟的、广泛使用的技术,已为电子行业服务了 70 多年,但它具有尺寸、易碎性、对机械压力源的敏感性以及随时间和温度的老化效应等局限性。此外,由于制造和封装约束的这些固有限制,摩尔定律不适用于石英技术。

虽然摩尔定律并不直接适用于硅 MEMS 计时设备的设计和制造,但从石英迁移到 MEMS 的好处是相当的:尺寸更小、成本更低、性能更高。让我们看看如何。

摩尔定律是由半导体制造的进步实现的,随着每一代新的工艺技术,特别是光刻技术,晶体管密度增加。相比之下,MEMS 的进步并非源于工艺制造,而是源于 MEMS 技术和 IC 设计的创新。虽然摩尔定律并不直接适用于硅 MEMS 计时器件的设计和制造,但从石英迁移到 MEMS 的好处是类比可比的:能够规模化生产并实现指数级更小的尺寸、更低的成本和更高的性能。让我们看看如何。

近年来,基于硅的微机电系统 (MEMS) 技术已成为石英谐振器的卓越替代品。与石英谐振器相比,基于硅 MEMS 的谐振器在技术和设备性能方面正经历指数级改进,从而实现更高的性能、更低的功耗、更小的尺寸和卓越的可编程性。它们通常在恶劣的环境中也更加坚固可靠,包括不断变化的温度、冲击和振动。

由于这些原因,SiTime的基于MEMS 的计时解决方案正在迅速取代石英,进入广泛的市场,包括消费电子、物联网、计算、5G 基础设施、工业自动化、汽车和航空航天防御。当今价值80 亿美元的时钟产业从石英技术过渡到硅MEMS 技术的速度有多快?时间会证明一切。


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