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2047 年，我們將會迎來電晶體問世的一百周年。屆時，電晶體會是怎樣的呢？會比今日所扮演的關鍵運算元件的角色更重要嗎？在最近的一篇文章中，IEEE Spectrum 向世界各地的專家們徵詢了他們的預測意見。
2047 年的電晶體將會走向何方呢？
一位專家表示，預計電晶體將比今日更為多樣化。正如處理器從 CPU 發展到包括 GPU、網路處理器、AI 加速器及其它專用運算晶片一樣，電晶體也將逐步發展以適應各種用途。
史丹佛大學電氣工程教授，台積電前企業研究副總裁、IEEE Fellow 黃漢森（H.-S. Philip Wong）指出：「器件技術將面向特定應用領域，就如運算架構已經成為面向應用特定領域一般那樣發展。」
IEEE Fellow、喬治亞理工學院電子與電腦工程專業教授 Suman Datta 指出：「儘管電晶體愈發多樣，但其基本的工作原理——打開和關閉電晶體場效應將可能長期保持不變。」
IEEE Fellow、UC 柏克萊工學院院長、Intel董事會成員劉金智潔（Tsu-Jae King Liu）也表示，未來該零組件的最小臨界尺寸可能為 1nm 或更小，這將會使電晶體密度達到每平方公分 10 兆個電晶體。
「可以有把握地推測，2047 年電晶體或交換機架構將早已在實驗室規模下實現展示」——斯里 ‧ 薩馬韋達姆（Sri Samavedam）
專家們似乎都一致認為 2047 年的電晶體將需要更新的材料，且可能還需要一種堆疊的或 3D 的設計架構以實現規劃中的互補場效應電晶體（CFET 或 3D 堆疊的互補金屬氧化物半導體 CMOS）能力拓展。Datta 教授說道：「為了進一步持續增加電晶體密度，現今平行於矽平面的電晶體溝道（channel）可能需要垂直設計。」
AMD 公司高級研究員 Richard Schultz 指出：「開發這些新零組件的主要目的將在於功率最佳化，研究將聚焦於功耗的降低以及先進散熱解決方案的提出，其中尤需重點關注在較低電壓條件下工作的電晶體情況。」
25 年後，電晶體仍會是大多數運算的核心嗎？
運算不透過電晶體來進行？很難想像存在這樣一個世界，但實際上，真空管也曾經是可選的數位開關。根據麥肯錫公司的資料，不直接依賴電晶體的量子運算的創業融資在 2021 年就已達到了 14 億美元。
但電子設備領域的專家表示，到 2047 年，量子運算的發展仍不足以快速進步到能夠挑戰電晶體的地步。IEEE Fellow、UC 柏克萊電子工程與電腦科學專業教授 Sayeef Salahuddin 說道：「電晶體仍將在很長時間內是最重要的運算元件。目前，即使有了理想的量子電腦，與經典電腦相比，其潛在的應用領域似乎仍相當有限。」
歐洲晶片研發中心微電子研究中心（Imec）的 CMOS 技術高級副總裁 Sri Samavedam 對此表示贊同。他說道：「對於大多數通用計算應用程式而言，電晶體仍將是非常重要的運算元件，人們不能忽視數十年來不斷努力最佳化電晶體所實現的效率提升。」
2047 年的電晶體，現在已經發明出來了嗎？
25 年相當漫長，但在半導體研發世界裡，這一時間長度的作用卻十分有限。
Samavedam 說道：「在半導體行業裡，從概念階段到引入製造階段通常需要大約 20 年的時間。」25 年前與柏克萊學院同事展示了鰭式場效應電晶體（FinFET）的劉金智潔教授（Tsu-Jae King Liu）也深以為然，她說道：「即使 2047 年電晶體所用材料可能不完全和現在設計階段的一致，但我們還是很有把握去推測，2047 年的電晶體或交換機架構早已在實驗室層面實現了產出展示。」
但是，2047 年的電晶體已經發明出來並存在於某處實驗室中的想法並未得到普遍認同。比如說，Sayeef Salahuddin 教授就認為它還沒有被發明出來。「不過就像 20 世紀 90 年代的鰭式場效應電晶體（FinFET）一樣，現在可能有人確實對未來電晶體的幾何結構做出了合理的預測，」他如此說道。
AMD 公司的 Schultz 表示，大家可以在現今提議的由 2D 半導體或碳基半導體製成的 3D 堆疊元件中瞥見這種結構。他補充道：「尚未發明的零組件材料也可能在此時間範圍內面世。」
2047 年，矽是否仍將是大多數電晶體的活躍成分？
專家們表示，大多數零組件的核心，即電晶體溝道區域，仍將使用矽材料，抑或可能是早已在研究中取得一定突破的矽 - 鍺材料或鍺材料。然而，在 2047 年，許多晶片可能會使用現今被認為奇特的半導體，包括諸如氧化銦鎵鋅在內的氧化物半導體、 金屬二硫族化物二硫化鎢等二維（2D）半導體以及碳納米管等一維半導體。微電子研究中心（Imec） 的 Samavedam 指出，這些奇特的半導體甚至會是「其他有待發明的東西」。
「電晶體仍將是最重要的運算元件」——薩耶夫 ‧ 薩拉赫丁（Sayeef Salahuddin）
AMD 高級研究員、 IEEE Fellow Gabriel Loh 指出，矽基晶片可能會與依賴更新材料製成的晶片整合在同一封裝中，就如同處理器製造商如今將使用不同矽製造技術的晶片整合到同一封裝中一樣。
哪種半導體材料將會成為半導體的核心元件甚至都可能不會是 2047 年的核心問題。Salahuddin 表示：「半導體溝道材料的選擇本質上取決於它是否可以同構成電晶體的諸多其它材料最為相容。」對於將多種材料同矽材整合在一起，目前人們知之甚多。
在 2047 年，電晶體將會普及在哪些今日尚未滲透的領域呢？
它將隨處可見。這絕非玩笑，而是非常認真的論點。專家們確實希望一些智慧和傳感元件可以滲透到我們生活的方方面面。這意味著這些零組件將出現在以下場景中：
- 附著在我們的身體上並植入體內；
- 嵌入各種基礎設施，包括道路、牆壁和房屋；
- 織進我們的衣物中；
- 黏在我們的食物上；
- 在麥田裡隨風搖曳；
- 在每條供應鏈中密切關注每一個環節；
- 在超乎人們想像的場景中幫助做許多其他的事情。
史丹佛大學黃漢森（Wong）總結到：「電晶體將會出現在所有需要運算、命令控制、通訊、資料收集、儲存分析、智慧、傳感驅動、與人類進行互動，或進入虛擬和混合現實世界門戶的方方面面。」
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