目前，制造先進芯片離不開晶體管，其核心在于垂直型柵極硅，原理是當設備開關開啟時，電流就會通過該部位，然后讓晶體管運轉起來。但業界的共識認為，這種設計不可能永遠用下去，一招包打天下，總會到了終結的那天。IBM 就開始著手探索新的設計，并把它命名為 Nanosheets，可能會在未來幾年投入使用。而高通則似乎有著不同的想法。
聯合芯片制造行業的大佬 Applied Meterials、Synopsys，高通針對5種下一代技術的設計候選方案進行了模擬與分析，探討的核心問題是，獨立晶體管和完整的邏輯門（包含獨立晶體管在內）的性能表現有何不同。
結果發現，最后的“贏家”并非這5個候選方案中的任何一個，而是一款由高通工程師新設計的方案，叫做 NanoRings。
“設備工程師或工藝工程師，只是對某些非常有限的特征進行了優化”，高通公司首席工程師 S.C.Song 解釋說。舉例而言，在設備這一維度上，重點在于晶體管的柵極能很好地控制電流通過它的通道。然而，當轉變成完整的邏輯門而不是單個的晶體管時，其他方面變得更加重要。值得一提的是，Song 和他的團隊發現，設備的寄生電容——在轉換過程中由于存在非預期的電容器結構而丟失——是真正的問題。
這就是為什么高通團隊選擇他們的納米設計，而不是 IBM 的 Nanosheets。雷鋒網了解到，高通將之稱為 Nanoslabs。從側面看， Nanoslabs 看起來像一堆兩到三個長方形的硅板，每個平板被一個高k介電和一個金屬柵極包圍，柵極電壓在硅中產生電場，從而使電流流過。
* Nanoslabs 的晶體管結構包圍著硅[粉色]，金屬柵極[藍色]與高k介電的[紫色]絕緣，這種結構導致寄生電容會阻礙性能。
用柵極電極完全包圍著每個硅板，可以很好地控制電流的流動，但同時也引入了寄生電容，因為硅、絕緣子、金屬、絕緣體、硅片之間的結構基本上是一對電容。
雷鋒網注意到，Nanorings 通過改變硅的形狀來解決這一問題，并且不完全填充金屬板之間的空隙。在氫中烘烤設備會使矩形板拉長為橢圓形。這樣就把它們之間的空間掐住了，所以只有高k介電完全包圍著它們。金屬門不能完全繞著，所以電容就少了。然而，門的電場強度仍然足以抑制電流的流動。
*納米技術減少了寄生電容，因為它不能完全填充硅與金屬之間的空間。
高通公司工藝技術團隊的副總裁 Chidi Chidambaram 表示，如果要把制程工藝降至7納米及以下，電容縮放是最具挑戰性的問題。盡管在這一模擬中取得了明顯的勝利，但在未來的芯片中，晶體管的問題還遠未解決。Song 和他的合作者計劃用納米材料繼續測試電路和設備，他們還計劃模擬更復雜的電路、系統，直到做出一部完整的手機。
雷鋒網了解到，最后測試的結果或許是消費者最關心——如果智能手機在納米技術上運行，那么它將準確計算出智能手機在正常使用一天后的剩余電量。
編譯自 IEEE
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