摩尔定律

摩尔定律曾指出，半导体市场的经济性完全基于晶体管密度，而很少考虑功率。然而，随着应用的发展，芯片生产商已将重点放在功率、性能和面积（PPA)）改进上，以继续稳步前进。在一次采访中，台积电业务开发资深副总裁、工艺技术负责人Kevin Zhang表示，只要整体进步继续，他就不关心摩尔定律的存亡。面对摩尔定律是否已死的提问，Kevin Zhang表示：“我简单的答案是：我不在乎，只要我们能继续驱动技术微缩，我不在乎摩尔定律是生是死。”事实上，台积电的优势在于它每年都能推出一种新的工艺技术，并提供客户寻求的性能、功率和面积（PPA）改进。大约十年来，苹果一直是台积电的最尝鲜客户，这就是为什么台积电工艺技术的演变与苹果处理器的演变非常吻合。然而，当研究台积电在苹果芯片之外的实力时，人们将注意到AMD的Instinct MI300X和Instinct MI300A芯片具有人工智能（AI）和HPC（高性能计算）功能。这两款产品都广泛使用台积电的2.5D和3D先进封装，或许是展现台积电能力的最佳范例。事实上，台积电及其客户专注于3D微缩技术。“观察人士基于平面微缩狭隘地定义了摩尔定律——现在情况已不再如此，我们实际上继续寻找不同的方法将更多功能和能力集成到更小的外形尺寸中。我们继续实现更高的性能和更高的能效。因此从这个角度来看，我认为摩尔定律或微缩技术将继续下去。”当被问及台积电在渐进式工艺节点改进方面的成功时，Kevin Zhang澄清说，我们的进步远非微不足道。台积电强调，该代工厂从5nm到3nm级工艺节点的过渡导致每代PPA改进幅度超过30%。台积电继续在主要节点之间进行较小但持续的增强，以使客户能够从每一代新技术中获益。

p 　　科学家除改善电路中晶体管基本架构外，也积极寻找具有优异物理特性且能微缩至原子尺度(& lt 1纳米)的晶体管材料。 /p p 　　芯科技消息，半导体技术蓬勃发展，但面对集成电路微缩化的3纳米制程极限，科学家除改善电路中晶体管基本架构外，也积极寻找具有优异物理特性且能微缩至原子尺度(& lt 1纳米)的晶体管材料。 /p p 　　成功大学、台湾“科技部”、同步辐射研究中心合作研发出仅有单原子层厚度(0.7纳米)且具优异的逻辑开关特性的二硒化钨(WSe sub 2 /sub )二极管，并在《自然通讯 Nature Communications》杂志上发表研究成果。 /p p style=" text-align: center " img width=" 447" height=" 500" title=" 1.jpg" style=" width: 447px height: 500px " alt=" 1.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/23354494-092f-4f45-a23e-f3f6ab8d514a.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　根据研究团对介绍，二维单原子层二极管的诞生，更轻薄，效率更高，除了可超越摩尔定律进行后硅时代电子元件的开发，以追求元件成本/耗能/速度最佳化的产业价值外，还可满足未来人工智能芯片与机器学习所需大量计算效能的需求。 /p p 　　二维材料具有许多独特的物理与化学性质，科学家相信这些性质能为计算机和通信等多方领域带来革命性冲击。成大与同步辐射研究中心团队说明，其中与石墨烯(Graphene)同属二维材料的二硒化钨(WSe2)，是一种过渡金属二硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides, 简称TMDs)，能在单化合原子层的厚度(约0.7纳米)内展现绝佳的半导体传输特性，比以往传统硅半导体材料，除了厚度上已超越3纳米的制程极限外，可完全满足次世代集成电路所需更薄、更小、更快的需求。 /p p 　　研究团队利用同时兼具高亮度/高能量解析/高显微力的台湾“三高”同步辐射光源，成功观察到可以利用搭载二维材料的铁酸铋(BiFeO3)铁电氧化物基板，能有效地在纳米尺度下改变单原子层二硒化钨半导体不同区域电性。 /p p 　　指导该计划的成大教授吴忠霖表示，相较以往只能利用元素参杂或加电压电极等改变电性方式，最新发表的研究无需金属电极的加入，是极重大的突破。 /p p 　　该研究团队也解释，这项研究利用单层二硒化钨半导体与铁酸铋氧化物所组成的二维复合材料，展示调控二维材料电性无需金属电极的加入，就能打开和关闭电流以产生1和0的逻辑信号，这样能大幅降低电路制程与设计的复杂度，以避免短路、漏电、或互相干扰的情况产生。 /p p 　　由于二维材料极薄，能如同现今先进的晶圆3D堆栈技术一样，透过堆栈不同类型的二维材料展现不同的功能性。研究团对认为，未来若能将此微缩到极限的单原子层二极管组合成各种集成电路，由于负责运算的传输电子被限定在单原子层内，因此能大幅地降低干扰并能增加运算速度。 /p p 　　研究团对期望，若这项技术持续精进，预期可超过现今计算机的千倍、万倍，而且所需的能量极少，大量运算时也不会耗费太多能量达到节能的效果，其各项优点将对现今数字科技发展带来重大影响，团队也举例，或许未来手机充电一次就能连续使用1个月，以现阶段最火的自动驾驶汽车来说，如果所有的感测、运算速度都比现在快上千、万倍，视频中的未来汽车可能再也不是梦想。 /p p & nbsp /p

在“二代测序”(NGS)尚未迎来投资热潮的情况下，技术突破捷报连连的“三代测序”(3GS)又进入到了投资人的视野中。1986年，第一台商用基因测序设备正式出现，到第二代测序设备出现，期间间隔了19年时间。而第二代设备问世，到第三代设备的诞生，仅仅用了5年，基因测序设备的更新换代速度正在不断加快。这就好比“2G”手机跳过“3G”，直接跨越到了“4G”时代。　　报告通过四个方面对第三代基因测试技术进行分析：　　1、第三代基因测试技术的发展现状 　　2、第三代基因测试方法原理 　　3、第三代极影测试技术优势和劣势 　　4、国内外布局第三代基因测试技术的公司情况。　　1、第三代基因测试技术的发展现状　　以Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术为代表的三代测序技术在经过了多年发展后，已经逐步趋于成熟。　　尽管当下该技术还有成本偏高、错误率较高、生物信息学分析软件不够丰富的问题，但其在读长、测序速度等方面都具有明显优势。　　三代测序设备已实现稳定性、小型化，未来随着准确度提升、平行测序能力和酶活性等问题的解决，第三代测序技术将成为未来发展的重要技术趋势，实现大规模商业化将是大势所趋。　　2、第三代基因测序方法原理　　Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。　　与前两代技术相比，他们最大的特点是单分子测序，其中，Heliscope技术和SMRT技术利用荧光信号进行测序，而纳米孔单分子测序技术利用不同碱基产生的电信号进行测序。　　PacBio SMRT技术应用了边合成边测序的思想，并以SMRT芯片为测序载体，芯片上有很多小孔，每个孔中均有DNA聚合酶。　　测序基本原理是：DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基(即是dNTP),在碱基配对阶段,不同碱基的加入,会发出不同光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。DNA聚合酶是实现超长读长的关键之一,读长主要跟酶的活性保持有关,它主要受激光对其造成的损伤所影响。　　另外，可以通过检测相邻两个碱基之间的测序时间，来检测一些碱基修饰情况，既如果碱基存在修饰，则通过聚合酶时的速度会减慢，相邻两峰之间的距离增大，可以通过这个来之间检测甲基化等信息。SMRT技术的测序速度很快，每秒约数个dNTP。　　但是，同时其测序错误率比较高(这几乎是目前单分子测序技术的通病)，达到15%。但好在它的出错是随机的，并不会像第二代测序技术那样存在测序错误的偏向，因而可以通过多次测序来进行有效的纠错(代价是重复测序，也就是成本会增加)。SMRT技术原理图　　Oxford Nanopore Technologies公司所开发的纳米单分子测序技术与以往的测序技术皆不同，它是基于电信号而不是光信号的测序技术。　　该技术的关键之一是，设计了一种特殊的纳米孔(只能容纳单分子通过)，孔内共价结合有分子接头。当DNA碱基通过纳米孔时，它们使电荷发生变化，从而短暂地影响流过纳米孔的电流强度(每种碱基所影响的电流变化幅度是不同的)，灵敏的电子设备检测到这些变化从而鉴定所通过的碱基。Nanopore技术原理图　　3、第三代基因测序技术的优势和劣势　　相比于二代测序，三代测序具有如下优势：　　1、第三代基因测序读长较长。如Pacific Biosciences公司的PACBIO RS II 的平均读长达到10kb，可以减少生物信息学中的拼接成本，也节省了内存和计算时间。　　2、直接对原始DNA样本进行测序，从作用原理上避免了PCR扩增带来的出错。　　3、拓展了测序技术的应用领域。二代测序技术大部分应用基于DNA，三代测序还有两个应用是二代测序所不具备的：第一个是直接测RNA的序列，RNA的直接测序，将大大降低体外逆转录产生的系统误差。第二个是直接测甲基化的DNA序列。实际上DNA聚合酶复制A、T、C、G的速度是不一样的。正常的C或者甲基化的C为模板，DNA聚合酶停顿的时间不同，根据这个不同的时间，可以判断模板的C是否甲基化。　　4、三代测序在ctDNA，单细胞测序中具有很大的优势：ctDNA含量非常低，三代测序技术灵敏度高，能够对于1ng以下做到监测 在单细胞级别：二代测序要把DNA提取出来打碎测序，三代测序直接对原始DNA测序，细胞裂解原位测序，是三代测序的杀手应用。　　同时，第三代基因测序也存在一定的缺陷：　　1、总体上单读长的错误率依然偏高，成为限制其商业应用开展的重要原因 第三代基因测序技术目前的错误率在15%-40%，极大地高于二代测序技术NGS的错误率(低于1%)。不过好在三代的错误是完全随机发生的，可以靠覆盖度来纠错(但这要增加测序成本)。　　2、三代测序技术依赖DNA聚合酶的活性。　　3、成本较高，二代Illumina的测序成本是每100万个碱基0.05-0.15美元，三代测序成本是每100万个碱基0.33-1.00美元。　　4、生信分析软件也不够丰富(如图所示)：一、二、三代基因测序技术对比图　　4、国内外布局三代测序的公司情况　　国外布局三代测序的主要有Pacific Biosciences、Oxford Nanopore Technologies等公司，2015年10月27日，国内公司瀚海基因(Direct Genomics)公布了基于Helicos技术研发的专门用于临床的第三代单分子测序仪GenoCare 原理样机。　　中科院北京基因组研究所与浪潮基因组科学也在共同研制国产第三代基因测序仪。在测序仪价格方面，PACBIO 2011年的第一台三代测序仪PacBioRS在美国价格80万美金，2015年生产的sequel测序仪价格35万美金，大幅下降。在测序成本方面，预计未来5年内三代测序能达到100美元全基因组测序的价格。国内外布局三代测序的公司　　第三代测序技术是大势所趋　　从兴证医药健康这份报告中可以看到：目前，第三代测序在技术上相对于二代在读长和测序速度等方面有明显优势，但在成本和准确率等方面还有待提升。目前国内只有瀚海基因在三代测序上有临床成果，而国外已经初步实现技术商业化。总体而言，第三代测序技术是未来发展趋势，实现大规模商业化将是大势所趋。　　本篇报告内容由动脉网整理自兴证医药健康投资报告