为IEEE Spectrum预测晶体管未来的杰出人士（从左顺时针）包括：Gabriel Loh, Sri Samavedam, Sayeef Salahuddin, Richard Schultz, Suman Datta, Tsu-Jae King Liu, and H.-S. Philip Wong。

2047年晶体管已经发明100周年了，那时的晶体管会是什么样子？它们会像今天一样依然是关键的计算元素吗？

2047年晶体管会是什么样子？

一位专家说，预计晶体管会比现在更加多样化。正如处理器已经从CPU发展到包括GPU、网络处理器、AI加速器和其他专门的计算芯片一样，晶体管也将发展到适合各种用途。“就像计算架构变得特定于应用领域一样，器件技术将变得更专注于应用领域，”斯坦福大学电气工程教授、TSMC公司前企业研究副总裁H.S. Philip Wong说。

佐治亚理工学院电子和计算机教授、ASCENT纳米技术研究中心主任的Suman Datta认为，尽管种类繁多，但基本的工作原理——切换晶体管的开与关的场效应——可能会保持不变。

加州大学柏克莱分校工程学院院长、英特尔董事会成员Tsu-Jae King Liu认为，这种器件的最小临界尺寸可能为1纳米或更小，能够实现每平方厘米10万亿的器件密度。

专家们似乎同意，2047年的晶体管将需要新材料，可能需要堆叠或3D架构，在计划中的互补场效应晶体管(CFET，或3D堆叠CMOS)上进行扩展。为了继续增加密度，现在与硅平面平行的晶体管沟道可能需要变成垂直的。

AMD公司高级研究员Richard Schultz暗示，开发这些新器件的主要目标将是电力。他说“重点将是降低功耗和对先进冷却解决方案的需求，需要重点关注在较低电压下工作的器件。”

25年后的晶体管仍将是大多数计算的核心吗？

很难想象一个没有晶体管的世界，但是，当然，真空管曾经是数字开关的首选。根据麦肯锡公司（McKinsey & Co）的数据，不直接依赖晶体管的量子计算启动资金，已在2021年达到14亿美元。

但电子器件专家表示，量子计算的进步不会快到2047年挑战晶体管。“晶体管仍将是最重要的计算元件，”加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授Sayeef Salahuddin说。“目前，即使有了理想的量子计算机，与经典计算机相比，潜在的应用领域似乎也相当有限。”

欧洲芯片R&D中心Imec的CMOS技术高级副总裁Sri Samavedam对此表示赞同。“对于大多数通用计算应用来说，晶体管仍将是非常重要的计算元件。人们不能忽视几十年来不断优化晶体管所实现的效率。”

2047年的晶体管已经发明了吗？

25年是一段很长的时间，但在R&D半导体行业，这并不算长。“在这个行业，从展示一个概念到引入制造业通常需要大约20年，”Samavedam说。“可以有把握地假设，2047年的晶体管或开关架构已经在实验室规模上得到了展示”，即使所涉及的材料不会完全相同，King Liu对此表示同意。他和伯克利分校的同事在大约25年前就演示了现代FinFET。

但是，2047年的晶体管已经出现在某个地方的实验室里，这种想法并没有得到普遍认同。Salahuddin说，他认为还没有被发明出来，但就像20世纪90年代的FinFET一样，对未来晶体管的几何结构做出合理的预测是可能的。

AMD公司Schultz说，你可以在由2D半导体或碳基半导体制成的3D堆叠器件中看到这种结构。尚未发明的器件材料也可能在这个时间框架内。

2047年硅还会是大部分晶体管的有源部分吗？

专家表示，大多数器件的核心——晶体管沟道区——仍将是硅，或者可能是已经取得进展的硅锗化合物，或者锗。但是到2047年，许多芯片可能会使用今天被认为是新奇的半导体材料。这些可以包括氧化物半导体，如铟镓锌氧化和物；2D半导体，例如金属二硫化物、二硫化钨；和一维半导体，例如碳纳米管，甚至还有“其他新发明”，Imec的Samavedam说。

AMD的高级研究员Gabriel Loh指出，硅基芯片可能会与依靠新材料的芯片集成在同一个封装中，就像处理器制造商今天将使用不同硅制造技术的芯片集成在同一个封装中一样。

在2047年，哪种半导体材料是器件的核心甚至可能不是中心问题。“通道材料的选择基本上取决于哪种材料与构成器件其他部分的许多其他材料最相容，”Salahuddin说。我们知道很多关于集成材料和硅的知识。

2047年，晶体管会在今天没有用到的地方普遍出现？

说真的，到处都是。专家们真的希望一定数量的智能和感知能渗透到我们生活的方方面面。这意味着器件将附着在我们的身体上并植入体内；嵌入各种基础设施，包括道路、墙壁和房屋；织进我们的衣服；粘在我们的食物上；在粮田的微风中摇曳；关注所有供应链的每一步；在还没有人想到的地方做许多其他的事情。

斯坦福大学的H.-S. Philip Wong总结说，晶体管将“出现在任何需要计算、命令和控制、通信、数据收集、存储和分析、智能、传感和驱动、与人类互动或虚拟和混合现实世界入口的地方”。

原文链接：https://spectrum.ieee.org/the-transistor-of-2047-expert-predictions