CMOS技術會被取代嗎？

CMOS技術目前仍未出現(xiàn)替代

近日，詹姆斯瓦特電氣工程領域教授，格拉斯哥器件建模集團的負責人Asen Asenov在Semiwiki上撰文，分析了CMOS技術的發(fā)展趨勢，認為今天仍然沒有真正能取代CMOS的技術出現(xiàn)。

目前全球CMOS芯片有超過80％都是在遠東制造的；西方各國政府需要就CMOS技術的未來做出重要決定。作者認為：

在沒有特定規(guī)劃的情況下，這些包括碳納米管、石墨烯、二維材料、各種量子的集合紛紛出現(xiàn)，包括量子計算等。

盡管在相應的研究中存在著極大的智力挑戰(zhàn)，但人們逐漸意識到，所有這些都不具備取代CMOS技術的潛力。

最大的半導體廠商在后CMOS技術上的投資僅占其CMOS研發(fā)預算的一小部分。

但目前仍然沒有可能取代CMOS的技術出現(xiàn)。

然而，所有的證據(jù)都表明半導體行業(yè)正在走向成熟和整合。

主要障礙在于未來技術日益復雜

多年來，在芯片制造的所有步驟——包括前端生產(chǎn)線（FEOL）、中間生產(chǎn)線（MOL）和后端生產(chǎn)線（BEOL），都引入了新的材料、設備結(jié)構、工藝和設備，以確保摩爾定律的連續(xù)性。

對于未來的技術節(jié)點，將需要多個EUV光刻序列來印刷30nm以下的pitches。

在FEOL中，F(xiàn)inFET已經(jīng)成為7nm技術節(jié)點的主流設備架構，7nm技術節(jié)點是目前芯片生產(chǎn)中使用的最先進節(jié)點。

對于下一個技術節(jié)點，垂直堆疊橫向納米片是未來的發(fā)展方向，其次是Forksheet結(jié)構和綜合性互補FET（Complementary FET，CFET）。

對于Complementary FET（CFET）而言，它是在1nm節(jié)點采用的方法。在此，通過在p型FET上堆疊n型FET，即通過三維堆疊具有不同導電類型的晶體管，從而標準單元面積被大大減小。

AI領域存在CMOS工藝和器件瓶頸

目前，人工智能，特別都是機器學習的發(fā)展將需要更有力的、超過每秒百億次運算能力的計算系統(tǒng)；

而構建這些系統(tǒng)的基礎是CMOS技術的芯片，而CMOS工藝能不斷提高系統(tǒng)性能主要得益于集成尺寸的縮小。

CMOS技術與新興信息技術的交叉融合，開源軟件到開源硬件的潮流漸顯，預示著將迎來一個前所未有的協(xié)同創(chuàng)新機遇期。

CMOS技術從攝像系統(tǒng)源頭就開始處理數(shù)字信號，其穩(wěn)定性更加突出。具體在手術過程中，醫(yī)生需要觀看的手術圖像全程都能保持初始的高清狀態(tài)，其舒適度大幅提升。

在低照度的弱光環(huán)境下，新型CMOS技術的高感光度的表現(xiàn)們還是有目共睹的，可以完全滿足內(nèi)窺鏡在各種復雜腔體內(nèi)的應用，并獲得清晰的手術影像。

CMOS芯片成為攝像頭模組靈魂

在攝像頭模組中，圖像傳感器是靈魂部件，決定著攝像頭的成像品質(zhì)以及其他組件的結(jié)構和規(guī)格，CMOS芯片和CCD芯片是當前主流的兩種圖像芯片。

根據(jù)Frost＆Sullivan數(shù)據(jù)，2016年至2020年，全球CMOS芯片出貨量從41．4億顆快速增長至77．2億顆，期間年復合增長率達到16．9％。

預計2021年至2025年，全球CMOS芯片的出貨量將繼續(xù)保持8．5％的年復合增長率，2025年預計可達116．4億顆。

預計2021年至2025年全球CMOS市場規(guī)模將保持11．9％年復合增長率。根據(jù)Frost＆Sullivan 數(shù)據(jù)，全球CMOS芯片銷售額從2016年的94．1億美元快速增長至2020年的179．1億美元。

預計全球CMOS芯片銷售額在2021年至2025年間將保持11．9％的年復合增長率，2025年全球銷售額預計可達330億美元。

車載CMOS芯片大有可為

汽車智能化加速了車載攝像頭的應用，CMOS芯片已經(jīng)大規(guī)模應用于行車記錄儀、前向ADAS及倒車影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)。

隨著汽車向電動化和智能化方向發(fā)展，更多的新車將標配ADAS（高級自動駕駛輔助系統(tǒng)）。

預測2021－2025年全球車載CMOS芯片市場規(guī)模年復合增長率將達21．4％。

根據(jù)Frost＆Sullivan 數(shù)據(jù)，2020年，汽車電子領域CMOS芯片的出貨量和銷售額分別為4億顆和20．2 億美元，分別占比5．2％和11．3％；

預計汽車電子CMOS芯片出貨量和銷售額將在2025年達到9．5億顆和53．3 億美元，市場份額占比將分別上升至8．2％和16．1％，預期年復合增長率將達到18．89％和21．42％。

結(jié)尾：新技術可能打破現(xiàn)有極限

英國初創(chuàng)公司Search For The Next（SFN）和蘇格蘭芯片制造商Semefab合作開發(fā)了Bizen晶體管架構，可能從另一方向打破CMOS的極限。

提出Bizen晶體管架構最初的目的就是為了創(chuàng)建具有較少掩膜步驟的芯片，使得同一塊芯片上同時具有邏輯和功率晶體管，在這一初衷下創(chuàng)建一個LED驅(qū)動器的集成電路。

盡管Bizen存在一些靜態(tài)功耗要求，但可以達到或超過CMOS工藝技術的開關速度和動態(tài)功耗。

目前為止，Bizen晶體管還沒有CMOS靜電放電（ESD）敏感性和閂鎖問題的困擾，Bizen晶體管適用于數(shù)字晶體管和功率器件。