摩爾定律還在繼續(xù)嗎？

摩爾定律，即封裝到集成電路 (IC) 中的晶體管數(shù)量每兩年翻一番，而計算成本減半的預(yù)測，已經(jīng)有很長一段時間了。當(dāng)英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人兼名譽主席戈登·摩爾在 1965 年做出這一大膽的觀察時，很少有人能想到，最先進的微芯片有一天會包含十億倍的電路。得益于不斷縮小的電路，計算設(shè)備在過去 5 年多的時間里年復(fù)一年地變得更小、更快、更便宜。

但是摩爾定律已經(jīng)與物理定律發(fā)生了沖突。領(lǐng)先的代工廠和芯片制造商正在達到工藝技術(shù)的物理極限，至少我們今天所知道的如此。從 7 納米 (nm) 節(jié)點遷移到 5 納米或更小節(jié)點已變得異常困難且成本高昂。IC 性能、密度和成本降低方面的收益現(xiàn)在是遞增的。隨著摩爾定律的不斷發(fā)展，計算能力和效率的重大飛躍將通過多核架構(gòu)、軟件、人工智能和機器學(xué)習(xí)、互連、封裝和材料科學(xué)的進步來實現(xiàn)。

同時，摩爾定律仍然適用于在工藝技術(shù)的后緣制造的許多類型的半導(dǎo)體器件，包括那些包含模擬電路或根本沒有晶體管的半導(dǎo)體器件。MEMS 計時設(shè)備就是一個典型的例子。讓我們看看如何。

時序是電子系統(tǒng)的心跳，提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定的信號——就像人類的心跳一樣——為系統(tǒng)中的所有數(shù)字組件提供參考。定時設(shè)備包括無源諧振器、有源振蕩器以及集成時鐘發(fā)生器和緩沖器，每一種都為系統(tǒng)提供不同的功能。計時設(shè)備內(nèi)部有兩個基本組件：一個以諧振頻率振動的諧振器和一個將這些振動轉(zhuǎn)換為電信號并分配它們的模擬 IC。這些組件組合在一個系統(tǒng)級封裝 (SIP) 設(shè)備中，形成一個集成的計時解決方案。

大多數(shù)諧振器基于晶體石英，在制造過程中需要精確切割才能達到所需的諧振頻率。雖然石英是一種成熟的、廣泛使用的技術(shù)，已為電子行業(yè)服務(wù)了 70 多年，但它具有尺寸、易碎性、對機械壓力源的敏感性以及隨時間和溫度的老化效應(yīng)等局限性。此外，由于制造和封裝約束的這些固有限制，摩爾定律不適用于石英技術(shù)。

雖然摩爾定律并不直接適用于硅 MEMS 計時設(shè)備的設(shè)計和制造，但從石英遷移到 MEMS 的好處是相當(dāng)?shù)模撼叽绺　⒊杀靖汀⑿阅芨摺Ｗ屛覀兛纯慈绾巍?/span>

摩爾定律是由半導(dǎo)體制造的進步實現(xiàn)的，隨著每一代新的工藝技術(shù)，特別是光刻技術(shù)，晶體管密度增加。相比之下，MEMS 的進步并非源于工藝制造，而是源于 MEMS 技術(shù)和 IC 設(shè)計的創(chuàng)新。雖然摩爾定律并不直接適用于硅 MEMS 計時器件的設(shè)計和制造，但從石英遷移到 MEMS 的好處是類比可比的：能夠規(guī)模化生產(chǎn)并實現(xiàn)指數(shù)級更小的尺寸、更低的成本和更高的性能。讓我們看看如何。

近年來，基于硅的微機電系統(tǒng) (MEMS) 技術(shù)已成為石英諧振器的卓越替代品。與石英諧振器相比，基于硅 MEMS 的諧振器在技術(shù)和設(shè)備性能方面正經(jīng)歷指數(shù)級改進，從而實現(xiàn)更高的性能、更低的功耗、更小的尺寸和卓越的可編程性。它們通常在惡劣的環(huán)境中也更加堅固可靠，包括不斷變化的溫度、沖擊和振動。

由于這些原因，SiTime的基于MEMS 的計時解決方案正在迅速取代石英，進入廣泛的市場，包括消費電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算、5G 基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)自動化、汽車和航空航天防御。當(dāng)今價值80 億美元的時鐘產(chǎn)業(yè)從石英技術(shù)過渡到硅MEMS 技術(shù)的速度有多快？時間會證明一切。