手心上的元宇宙！神秘視頻揭秘5nm芯片內部結構
play
來源：網絡歡迎關注“新浪科技”的微信訂閱號：techsina
編輯/Priscilla Emil
來源/新智元報道（ID：AI_era）
一顆指甲蓋大小的芯片，160億個晶體管，16個計算單元，每秒鐘能進行11萬億次運算。它的里面究竟是什么樣子的？
你能想象到最精細的東西是什么？
是右刻「山高月小，水落石出」，左刻「清風徐來，水波不興」的小小核雕嗎？
還有更厲害的，民家藝術家可以在一粒米上雕刻出一幅國畫，甚至是一首沁園春書法作品。
比它們更精細的呢？
是芯片。
蘋果最新的M1芯片大小為120平方毫米，但是里面通過光刻機蝕刻出了160億個晶體管。
眾所周知，芯片制程的尺寸越小，在同一面積上放置的晶體管越多，性能越強，能耗越低。
這也是之前能夠讓芯片領域的摩爾定律保持將近50年的秘笈：芯片制程工藝已經從2001年的130nm，發展到了如今的5nm時代。
5nm的芯片內部究竟是什么樣？
近日，網上一條視頻為我們開了開腦洞。據說這是5nm芯片的內部構造。
一個個類似于摩天大廈的結構在一個神秘的空間里不斷展開，細化，像是電影《星際穿越》為觀眾呈現的4.5維空間。
很難想象這樣一個「元宇宙」居然都集成在一個指甲蓋大小的硅片中。
不過視頻下方很快就有網友指出，這個視頻展現的與芯片內部結構「大相徑庭」，或許是更加微觀的硅原子？
也有網友指出，這就是電腦生成的一個分形幾何體。
是不是有種似曾相識的感覺？
不過這并不妨礙它為我們打開了關于芯片內部結構想象的大門。
無論復雜程度還是關鍵結構的數量，一個芯片的內部與視頻展現的分形幾何體都是同一個數量級的。
從這個角度來看，用復雜的分型幾何模型來類比芯片內部結構倒也合理。
關于5nm芯片細致的內部結構，目前顯然涉及到芯片廠商的核心機密，我們無法一窺究竟。
但不同芯片之間的結構有著共通性。我們可以通過國外一條通過電子顯微鏡拍攝的視頻，來看看在一片指甲蓋大小的硅片上，集成了怎樣的「元宇宙」。
芯片在制作過程中除了使用光刻機在硅片上蝕刻出半導體結構，還需要按照芯片設計圖，在硅晶圓上逐層制作材料介質層。他們主要包括晶體管、存儲單元、二極管、電阻等等。
因此從微觀角度來看，芯片內部的確是立體的。
5nm是芯片制程的極限？
在芯片行業主導多年的制程之爭很快就要結束了嗎？
目前世界上主流的芯片廠商在近幾年芯片制程工藝上可以說基本已經陷入了瓶頸。
剛剛傳言要被英特爾收購的格芯公司自2018年起，就卡在了7nm這個節點上，而英特爾自2019年用上了10nm制程之后，迄今也沒有繼續發布更小制程的芯片，其桌面處理器仍然停留在14nm制程上。
目前只有臺積電和三星兩家公司仍將芯片制程做到了5nm以內。
有理論表明，如果芯片仍然采用的是經典邏輯電路設計的話，那么5nm制程很可能就是極限。
因為當制程小于5nm時，經典的邏輯電路就會失效，而量子效應會占據主導地位。
比如產生量子遂穿、糾纏等效應，芯片就無法工作了。
Gate-All-Around，也就是環繞式柵極技術，簡稱為 GAA 橫向晶體管技術被認為是未來芯片突破制程限制的發展方向。
GAA技術通過線狀或者平板狀等多個源極和漏級，很大程度上解決了柵極間距減小后帶來的各種問題。
據說三星采用GAA技術之后將實現3nm的芯片制造技術。
此外，芯片公司也在著手研究從材料入手來探討芯片性能提升的潛力。包括采用碳化硅、石墨烯、硅烯、碳納米管等等等等，
芯片：未來科技進步的核心
隨著5G技術、IoT、智能化技術的不斷普及，全球經濟對于芯片的依賴性越來越強。
誰也沒想到，一場芯片荒，會讓整個汽車工業為之打一個噴嚏：今年由于芯片供應不足將導致全球汽車減產200-450萬輛，相當于一個大型整車企業全年的汽車產量。
與此同時，芯片產業技術升級速度也在不斷加快，技術壁壘不斷提升。
有代表性的兩家芯片企業臺積電和英偉達在去年股票市值飛漲，如今相繼達到了6000億美元以及4700億美元。
種種跡象表明，芯片將成為未來科技的核心競爭力之一。中國也將芯片技術提升到了國家戰略層面，就在不久前，北京大學和華中科技大學的芯片學院也相繼成立。
中國未來一大批「芯」人才已經在路上了。
所以少年，你準備好了嗎？
（聲明：本文僅代表作者觀點，不代表新浪網立場。）
作者簡介
