原創(chuàng)

未來三年內(nèi)投資 1000 億美元擴大其芯片制造能力，并計劃在 2025 年生產(chǎn) 2nm芯片

時間：2022-12-07 10:35:01

關鍵字：硅基芯片 1nm 工藝

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[導讀]1nm芯片指的是采用1nm制程的芯片。芯片采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，放在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上。

1nm芯片指的是采用1nm制程的芯片。芯片采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，放在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結構。對于主板而言，芯片組幾乎決定了這塊主板的功能。

在先進工藝上，臺積電今年底量產(chǎn)3nm工藝，2025年則是量產(chǎn)2nm工藝，這一代會開始使用GAA晶體管，放棄現(xiàn)在的FinFET晶體管技術。再往后呢?2nm之后是1.4nm工藝，Intel、臺積電及三星這三大芯片廠商也在沖刺，其中三星首個宣布2027年量產(chǎn)1.4nm工藝，臺積電沒說時間點，預計也是在2027年左右。

不過真正量產(chǎn)1nm還需要很長時間，其中關鍵的設備就是下一代EUV光刻機，要升級下一代的高NA(數(shù)值孔徑)標準，從現(xiàn)在的0.33 NA提升到0.55 NA，更高的NA意味著更分辨率更高，是3nm之后的工藝必備的條件。

對于硅基芯片來說，1nm可能會是這條路線的終點，但是對于人類芯片來說，1nm絕對不會是終點的。

首先、硅基芯片未來會面臨很大的發(fā)展限制。

一直以來芯片的材料都是以硅材料為主，但是隨著芯片工藝的不斷提升，傳統(tǒng)硅基芯片正在逐漸逼近極限，它的極限在哪里呢?那就是1nm。

而1納米之所以是硅基芯片的極限，這里面主要基于兩點考慮：

第一、硅原子的大小。

芯片的制造工藝就是將晶體管注入到硅基材料當中，晶體管越多性能越強，想要提升芯片的工藝，那就要提高單位芯片面積的晶體管數(shù)量。

但是隨著芯片工藝的不斷提升，單位硅基芯片能夠承載的晶體管已經(jīng)越來越飽和，畢竟硅原子的大小只有0.12nm，按照硅原子的這個大小來推算，一旦人類的芯片工藝達到一納米，基本上就放不下更多的晶體管了，所以傳統(tǒng)的硅脂芯片基本上已經(jīng)達到極限了，如果到了1nm之后還強制加入更多的晶體管，到時芯片的性能就會出現(xiàn)各種問題。

第二、隧穿效應。

所謂隧穿效應，簡單來說就是微觀粒子可以穿越障礙物的一種現(xiàn)象。

具體到芯片上面，當芯片的工藝足夠小的時候，原本在電路中正常流動構成電流的電子就不會老老實實按照路線流動，而是會穿過半導體閘門，最終形成漏電等各種問題。

這種現(xiàn)象并不是硅基芯片達到1納米的時候才出現(xiàn)，實際上在之前芯片達到20納米的時候就曾經(jīng)出現(xiàn)過這種漏電現(xiàn)象，只不過后來包括臺積電等一些芯片制造廠家通過工藝上的改進之后才改善了這種問題。

臺積電 (TSMC) 計劃進一步縮減其工藝節(jié)點技術。據(jù)國外科技媒體allaboutcircuits報道，臺積電將在其亞利桑那州芯片工廠生產(chǎn) 3 納米芯片，并可能計劃生產(chǎn) 1 納米芯片。

在半導體制造中，3nm 工藝是繼 5nm 技術節(jié)點之后的下一個 die shrink，幾大行業(yè)參與者都在爭先恐后。較小的節(jié)點允許在給定區(qū)域放置更多晶體管，從而提高電源效率。

第一代 3 納米芯片將能夠?qū)⒐慕档徒话耄瑫r大幅提高性能。

在過去的幾十年里，芯片制造商一直試圖將更多的晶體管擠壓到更小的表面上。但是現(xiàn)在已經(jīng)達到了極限。為了解決這個問題，工程師們一直在尋找其他 2D 材料來替代硅，以便將芯片推向 1 納米或更低。三星的 3 納米半導體里程碑

韓國科技巨頭三星電子于 6 月在其華城和平澤半導體工廠開始大規(guī)模生產(chǎn) 3 納米芯片，這是全球首家這樣做的公司。

該公司的目標是到 2030 年在其邏輯芯片和晶圓代工業(yè)務上投資 1320 億美元，并計劃在德克薩斯州建設一家半導體工廠。該公司目前正在生產(chǎn)第一代 3nm 芯片，并計劃在 2023 年開始生產(chǎn)第二代 3nm 工藝。

臺積電作為全球最大的晶圓代工企業(yè)緊追三星，前幾天張忠謀透漏，臺積電計劃在其亞利桑那州工廠生產(chǎn) 3 納米芯片，第二家工廠正在規(guī)劃中。

該公司在 4 月份表示，計劃在未來三年內(nèi)投資 1000 億美元擴大其芯片制造能力，并計劃在 2025 年生產(chǎn) 2nm芯片。