图4：英特尔组件研究团队的主要研究领域

正如我之前提到的，我认为创新以及最终用户的需求推动了摩尔定律的发展。英特尔的组件研究团队专注于三个关键研究领域（如图 4所示），为未来更强大的计算提供基础构建模块。英特尔有着完备的研究体系，这让我们有信心在未来十年或更长时间持续推进摩尔定律。推进摩尔定律的未来创新，只受限于我们的想象力。最近，在2021年IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，英特尔概述了未来创新的几个领域。

英特尔研究工作的重点之一，是能在相同面积上提供更多晶体管的微缩技术。这包括光刻技术的创新，例如分子定向自组装技术（DSA），以改进边缘粗糙度和提高边缘定位精准度。我们还在研究仅有几个原子厚度的新型材料，以制造更薄的晶体管，从而缩小它们的整体尺寸。除了类似这样的创新外，英特尔正在打造可行性技术以垂直堆叠晶体管，或是单片集成在同一块芯片上；或是像芯粒（chiplets）一样，通过使用先进封装技术，如混合键合（hybrid bonding）技术，不断缩小垂直界面间距。借由新材料、晶体管架构创新、光刻技术突破和封装发明等带来的自由度，设计师只会受限于想象力。

随着通过微缩实现更强大的计算，英特尔需要为芯片带来新的功能并突破其限制，通过集成新材料能更高效地提供电源并满足对内存的更大需求。英特尔还在研究铁电和反铁电材料，它们可以在不依赖低漏电晶体管的情况下，根据不同类型的物理特性保持其电荷状态。英特尔发明了一种基于铁电材料独特物理特性的新型内存架构，该架构通过使用一个具有多个并联电路的存取晶体管，实现存储单元位密度的显著提升。对于缓存和主内存之间的嵌入式密集内存层而言，铁电内存是非常好的选择。

英特尔也在拥抱量子领域，不仅仅是以量子计算的形式，还在探索基于物理和材料科学新概念所衍生的新技术，这在未来可能会改变世界的计算方式。摩尔定律的长期发展，需要解决当前基于CMOS的计算对功耗需求呈指数增长的问题。为了持续推进摩尔定律，需要在环境室温下利用材料中的量子效应（称为量子材料），以扩展超低功耗解决方案。在2021年的IEDM上，英特尔分享了超越CMOS器件研究的一个巨大里程碑：磁电自旋轨道（MESO）逻辑器件的首次功能演示，其读写组件能在室温下正常工作。自旋轨道输出模块和磁电输入模块都集成在器件中，并通过施加输入电压实现磁化状态反转。凭借其能实现更高功能多数决定门（与NAND和NOR相比）的能力，由3个MESO器件形成的超低功耗多数决定门就能执行一个1位加法器，否则需要28个CMOS晶体管。

总结

图5：摩尔定律下单个设备晶体管数量的变化：过去、现在及未来

根据摩尔定律预测，单个设备的晶体管数量将每两年翻一番。摩尔定律由创新驱动，图5展示了过去、现在及未来单个设备晶体管数量的变化。在最初的40年里，晶体管数量的增长主要得益于制程工艺的创新。展望未来，晶体管数量的增长将同时得益于制程工艺和封装的创新。英特尔的制程工艺将继续实现历史性的密度提升，同时英特尔的2D和3D堆叠技术为架构师和设计师提供更多工具，以增加单个设备的晶体管数量。当展望High NA、RibbonFET、PowerVia、Foveros Omni和Foveros Direct等创新技术时，英特尔意识到创新永无止境，因此摩尔定律仍将继续前行。

总而言之，当考虑到所有制程工艺和先进封装创新时，英特尔有诸多选择能继续按照客户要求的节奏，将单个设备的晶体管数量翻一番。只有当创新停止时，摩尔定律才会失效，而英特尔在制程工艺、封装和架构方面的创新将永不止步。预计到2030年，英特尔将在单个设备中提供约1万亿个晶体管，我们正为实现这一目标不懈努力。