深度丨CMOS技术会被取代吗？

近日，詹姆斯瓦特电气工程领域教授，格拉斯哥器件建模集团的负责人Asen Asenov在Semiwiki上撰文，分析了CMOS技术的发展趋势，认为今天仍然没有真正能取代CMOS的技术出现。

目前全球CMOS芯片有超过80%都是在远东制造的；西方各国政府需要就CMOS技术的未来做出重要决定。作者认为：

在没有特定规划的情况下，这些包括碳纳米管、石墨烯、二维材料、各种量子的集合纷纷出现，包括量子计算等。

尽管在相应的研究中存在着极大的智力挑战，但人们逐渐意识到，所有这些都不具备取代CMOS技术的潜力。

最大的半导体厂商在后CMOS技术上的投资仅占其CMOS研发预算的一小部分。

但目前仍然没有可能取代CMOS的技术出现。

然而，所有的证据都表明半导体行业正在走向成熟和整合。

多年来，在芯片制造的所有步骤——包括前端生产线(FEOL)、中间生产线(MOL)和后端生产线(BEOL)，都引入了新的材料、设备结构、工艺和设备，以确保摩尔定律的连续性。

对于未来的技术节点，将需要多个EUV光刻序列来印刷30nm以下的pitches。

在FEOL中，FinFET已经成为7nm技术节点的主流设备架构，7nm技术节点是目前芯片生产中使用的最先进节点。

对于下一个技术节点，垂直堆叠横向纳米片是未来的发展方向，其次是Forksheet结构和综合性互补FET（Complementary FET，CFET）。

对于Complementary FET（CFET）而言，它是在1nm节点采用的方法。在此，通过在p型FET上堆叠n型FET，即通过三维堆叠具有不同导电类型的晶体管，从而标准单元面积被大大减小。

目前，人工智能，特别都是机器学习的发展将需要更有力的、超过每秒百亿次运算能力的计算系统；

而构建这些系统的基础是CMOS技术的芯片，而CMOS工艺能不断提高系统性能主要得益于集成尺寸的缩小。

CMOS技术与新兴信息技术的交叉融合，开源软件到开源硬件的潮流渐显，预示着将迎来一个前所未有的协同创新机遇期。

CMOS技术从摄像系统源头就开始处理数字信号，其稳定性更加突出。具体在手术过程中，医生需要观看的手术图像全程都能保持初始的高清状态，其舒适度大幅提升。

在低照度的弱光环境下，新型CMOS技术的高感光度的表现们还是有目共睹的，可以完全满足内窥镜在各种复杂腔体内的应用，并获得清晰的手术影像。

在摄像头模组中，图像传感器是灵魂部件，决定着摄像头的成像品质以及其他组件的结构和规格，CMOS芯片和CCD芯片是当前主流的两种图像芯片。

根据Frost&Sullivan数据，2016年至2020年，全球CMOS芯片出货量从41.4亿颗快速增长至77.2亿颗，期间年复合增长率达到16.9%。

预计2021年至2025年，全球CMOS芯片的出货量将继续保持8.5%的年复合增长率，2025年预计可达116.4亿颗。

预计2021年至2025年全球CMOS市场规模将保持11.9%年复合增长率。根据Frost&Sullivan 数据，全球CMOS芯片销售额从2016年的94.1亿美元快速增长至2020年的179.1亿美元。

预计全球CMOS芯片销售额在2021年至2025年间将保持11.9%的年复合增长率，2025年全球销售额预计可达330亿美元。

汽车智能化加速了车载摄像头的应用，CMOS芯片已经大规模应用于行车记录仪、前向ADAS及倒车影像、360°环视影像、防碰撞系统。

随着汽车向电动化和智能化方向发展，更多的新车将标配ADAS（高级自动驾驶辅助系统）。

预测2021-2025年全球车载CMOS芯片市场规模年复合增长率将达21.4%。

根据Frost&Sullivan 数据，2020年，汽车电子领域CMOS芯片的出货量和销售额分别为4亿颗和20.2 亿美元，分别占比5.2%和11.3%；

预计汽车电子CMOS芯片出货量和销售额将在2025年达到9.5亿颗和53.3 亿美元，市场份额占比将分别上升至8.2%和16.1%，预期年复合增长率将达到18.89%和21.42%。

英国初创公司Search For The Next（SFN）和苏格兰芯片制造商Semefab合作开发了Bizen晶体管架构，可能从另一方向打破CMOS的极限。

提出Bizen晶体管架构最初的目的就是为了创建具有较少掩膜步骤的芯片，使得同一块芯片上同时具有逻辑和功率晶体管，在这一初衷下创建一个LED驱动器的集成电路。

尽管Bizen存在一些静态功耗要求，但可以达到或超过CMOS工艺技术的开关速度和动态功耗。

目前为止，Bizen晶体管还没有CMOS静电放电（ESD）敏感性和闩锁问题的困扰，Bizen晶体管适用于数字晶体管和功率器件。

部分资料参考：集微网：《Semiwiki：CMOS技术将被取代？这个判断为时过早》，雷锋网：《统治半导体行业半个世纪的CMOS，要被新的晶体管替代》

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