ITRS（International Roadmap for Semiconductors）によると、マイクロプロセッサのパフォーマンスを向上させる長期計画と半導体産業の発展は、従来のCMOSエレクトロニクスとシリコンを置き換えることができる技術と材料の開発に直接関係しています。 このタスクの複雑さは、過大評価されることはほとんどありません。そのような代替案の検索は、私たちの日々のニーズに代わる水の代替品を見つけようとするからです...
おなじみのH2Oは、非常に興味深い液体です。 それは、光スペクトルの可視部分に対して透明であり、毛細管効果の影響下で重力に逆らって動くことができる普遍的な溶媒です。 水は冷却に非常に効率的であり、蒸気に変わるには大量のエネルギーが必要です。 密度が低くなり、凍結すると膨張し、他の多くの液体と容易に混合されます。 高屈折率、中性pHを持ち、洗浄が容易で、ほぼどこにでもあります。 リストはどんどん続きますが、肝心な点は、どの領域にもその特性が水を上回る液体がたくさんありますが、すべての特性を考慮すると、それらのどれも適切な代替物ではありません。
電子機器でシリコンを拒否することは、今日、日常生活で水を拒否するのとほぼ同じくらい困難です。
同様に、現在の生産技術の特定の側面を改善することができる多くの技術があり、シリコンを置き換えることができる多くの材料があります。 しかし、そのような交換には、生産のほぼすべての段階で多くの変更が必要になります。 ローカルの変更は成功しません。
ITRSレポートでは、カーボンナノチューブ、グラフェン、ナノワイヤ、スピントロニクス、ゲルマニウムなど、現在知られているほぼすべての代替案を検討しています。 モリブデンだけは言及されていません。 これらのテクノロジーのそれぞれが独立した投稿を簡単に引き出すことができるので、代わりに、「いつ？」という質問に焦点を当てます。
レポートは過度に暗いものではありませんが、問題の重大度を示しています。 以下の表は、生産プロセスのさまざまな段階と、対応する技術を理論的に実装できる時期を示しています。
近い将来、デバイスパッケージングの分野で多くの新しい技術が期待されていることに気付くかもしれません。 だからこそ、この分野は今注目を集めています。 CPU企業は、今後3〜5年でこの分野の革新を期待できます。 他のほぼすべての分野で進歩するには、特定の技術的障害を克服する必要があります。 グラフェンまたはカーボンナノチューブの使用は、おそらくメモリおよびロジックエレメントの作成にすぐに使用できる次のテクノロジーになりますが、「公式」の観点では、これらのテクノロジーは10〜15年以内に商業適用可能性のレベルに達すると述べています。
また、次の表は、現在使用されているテクノロジーと比較した、新しいテクノロジーの使用から予想されるパフォーマンス指標を示しています。 2未満の値は劣化を意味し、2を超える値は現在の指標よりも改善を意味します。
これらのテクノロジーはそれぞれシリコンよりも大きな可能性を秘めていますが、それらを使用するには多くの妥協が必要です。 多くの場合、新たな問題の解決策はおおよそわかっていません。 また、ITRSで示されている実装期限は、この間に解決策が見つかるという推測にすぎません。
とりわけ、問題の規模はカーボンナノチューブの例で示されています。 それらを将来のエレクトロニクスの材料とみなすためには、ごくわずかな不純物で成長させる方法を学ぶ必要があります。 過去1〜2年間、この方向に実質的に何も変わっていません。現在達成できる純度は99％または99.8％であり、99.99999999999999％を超える純度を達成する必要があります。 水との類推に戻ると、これは1ダースのオリンピック水域あたり1滴の不純物です。 現在、CMOSよりも操作の清浄度と精度に対する要求が少ないテクノロジーが登場した場合、スピーディな実装の主な候補になります。 しかし、悲しいかな...
オリンピックプールの水量〜2500 m 3
検討中の「将来の技術」の総数は、どの技術が最も役立つかを誰も実際に知らないことを示しています。 厳しい声明が出されることもありますが、現在の技術の代替となる可能性のあるものについては合意がありません。
中期的には、トランジスタは減少し続けます。 生産を直径450 mmのシリコンウェーハに切り替えることで、生産コストを削減できるはずです（ただし、ASMLの最近の声明では、これについて疑問があり、450 mmウェーハがまったく登場するかどうかも疑問視されています）。 一般的に、トレンドは生産性よりもエネルギー効率の改善を目的としています。 また、「モア以上」のようなアプローチを使用すると、通常の場所での生産性の伸びは非常に控えめですが、予想外の場所で生産性が向上する可能性があります。
1つ明らかなことは、製造プロセス（14nm、10nm、6nm ...）をさらに改善することが可能であるとしても、この（実際には小さい）からの実際的な利点は、次の各ステップで事実上なくなります。 そして、唯一の解決策は代替技術を探すことです。
一方、これには利点があります。 この状況により、IntelとAMDから、GoogleとNvidiaで終わるすべての企業は、データの処理方法の基本原則を確認する必要があります。 過去30年間、進歩はまったく同じで最も簡単な方法でしたが、他にもあります。 おそらく、基本原理をこのように再考すると、生産技術を改善してクロック周波数を上げるよりもはるかに大きな利益が得られるでしょう。