为了应对后摩尔时代的到来，美国国防高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）启动了一项电子复兴计划（Electronics Resurgence Initiative, ERI），计划在五年内斥资 15 亿美元（约 102 亿人民币）彻底改变微电子业的工作方式，重建一个更加专业化、安全和高度自动化的电子产业群。
近日，ERI 公布了第一批获得资金的科学家、公司和机构的最新情况。在所有获资的 42 个项目中，有一项显得尤为鹤立鸡群。来自麻省理工学院 ( MIT) 的 Max Shulaker 所领导的研究小组获得了最大份额的资助——高达 6100 万美金。
在该研究小组的项目中，一项称为“利用致密细粒度的单片三维集成技术彻底改革计算系统”（Revolutionizing Computing Systems through Dense and Fine-Grained Monolithic 3D Integration）的项目雄心勃勃：团队计划利用单片三维集成系统，使数十年前的旧制造工艺（90 纳米制造工艺）所制造的芯片能与目前最先进技术所制造的芯片相媲美。
该项目主要依赖于在普通 CMOS 逻辑芯片上构建碳纳米管晶体管和电阻式 RAM 存储器的而技术，而该技术正是由 MIT 电子与计算工程学助理教授 Max Shulaker 及其在斯坦福大学的同事 Subhasish Mitra 和 H.-S. Philip Wong 所合作开发的。
在去年的《自然》期刊上，Max Shulaker 团队就发表了这一重大成果：将 200 万个 CNT 晶体管以及 100 多万个电阻 RAM 存储单元构建于单片硅芯片之上，层与层之间通过致密排列的金属互联相连接，构造出一个用于酒精嗅探的多层电子鼻（electronic nose）装置。值得注意的是，一家称为 AkyWater Technology Foundry 的公司的参与使得这项成果不仅仅是一场炫酷的科技演示。
SkyWater 公司的设备主要用于处理 200 毫米的晶圆，并采用 90 纳米的工艺技术制造芯片。这项工艺在 2004 年还算的上是 200 毫米晶圆加工的尖端技术，但大型公司早在 15 年前就开始放弃这种技术了。然而，DARPA 为什么要对这样一个“过气的”制造厂投入如此多的资金呢？
听了该公司总裁 Thomas Sonderman 的观点，你就会觉得虽然这似乎不是最好的选择，但这可能是唯一的选择。
因为它（指 90 纳米工艺）是一个非常可靠的工艺，并且广泛用于生产小批量芯片。“政府的许多工作是围绕 90 纳米工艺完成的，”Sonderman 说。“因此，开发一种能够进化到更高性能，但仍然遵循 90 纳米工艺的技术是非常重要的。”
据 Sonderman 透露，除此之外，处于当前大国技术竞争的背景之下，DARPA 也希望将该技术能留在美国本土，而 SkyWater 是目前国内唯一一家美国独资的专营晶圆代工厂。如果 DARPA 选择在像桑迪亚（Sandia）这样的国家实验室开发该技术，成果可能会依赖于不寻常的设备和专业技术。此外，如果要用于防御应用之外的商业用途，则仍需要移植到其他商业制造厂。Sonderman 称，“在同一家工厂开发这种技术，你就可以开足马力生产出更多的产品”。
除此之外，并非每个工厂都愿意使用非标准材料如碳纳米管等，因为如果处理不当，很可能会污染其他客户的产品。
Sonderman 解释道：“当你想要引进一些材料如超导材料的时候，就需要制定一整套的协议，并且将其放在 CMOS 流程的同一条生产线上。我们不仅制定了这些协议，并且我们在这方面有大约 10 年的经验。我认为这是我们真正的优势之一，这也是外界很难与 SkyWater 竞争的原因。”
在接下来的三年里，麻省理工学院的 Shulaker 团队将专注于开发可量产的制造工艺，斯坦福团队将开发设计工具，以帮助工程师充分利用 CMOS、CNT 晶体管和 RRAM 层叠所提供的增强性能。而 Skywater 公司将致力于在其工厂开发并测试一套高产的“工艺流程”。
Sonderman 说：“美国政府对于建立一个不仅能在实验室工作，并且可以供传统的工厂模型使用的工艺流程十分感兴趣。因为这意味着你不仅拥有技术，还能创建一个供客户使用的工艺流程。”
对于 SkyWater 以及其他小型制造厂来说，能够在不需要高价置换先进技术的前提下就提高最终性能，这将是一个巨大的胜利。几十年来，摩尔定律的发展已经开始展露疲态，半导体行业不断缩小的特征尺寸已经变得过于昂贵。Sonderma 称，最新的基于极紫外光刻技术的工艺动辄需要数十亿美元的投资，而维持这些产品生存的产量，对于服务小型互联网用户并无益处。如果未来一切按计划进行，将标准重新设回 90 纳米，那么我们就能持续扩大生产规模。
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