为什么各国都在争相投入巨资开发自主可控的2nm先进技术
摩尔定律虽然逐渐进入下半场,但各国各地区仍然在追求先进技术。中国台湾、美国等多国各地区都在争夺2nm技术。由于半导体越来越重要,为什么各国都在争相投入巨资开发自主可控的BCW32先进技术,需要几十年的时间才能打造一个全球无摩擦的半导体生态系统。2nm芯片不仅能用于量子计算、数据中心、智能手机等产品,还能决定军用硬件性能,包括战机和导弹。因此,芯片不仅仅是经济的中坚力量,还能支撑国家的自治、安全和主权。不过,由于一些众所周知的原因,中国大陆暂时没有先进技术。
中国台湾:2nm台积电2025年量产。
最先进的节点92%来自中国台湾台积电,在开发2纳米芯片量产技术方面处于领先地位。2019年,台积电宣布开始开发2纳米工艺,成为第一家宣布开发2纳米工艺的公司。
台积电第一个2nm厂坐落于台湾北部新竹县宝山附近的一个厂,就在6月5日,台积电宣布投资1兆元扩产2nm工艺芯片。随着台积电2nm厂建设方案的制定,中科台中园扩二期发展方案正在如火如荼的进行中。台积电供应链显示,除了计划2nm厂,台积电后续1nm厂也可在此落户。
对于2nm的技术进展,据外媒报道,台积电早前与少量媒体分享其工艺路线图,正在评估CFET等工艺技术,将其视为纳米片的接班人。据他们介绍,2025年台积电将推出纳米片晶体管的2nm工艺。据台积电业务发展副总裁Keving介绍,CFET是一个选项,目前仍处于研发阶段,因此无法提供其任何时间表。Keving还指出,3nm将是一个长节点。在这个节点上会有很大的需求。对于计算能效要求较高的客户,可以率先转向2nm。
现阶段,台积电2nm的发展已经走上了正轨。魏哲学家表示,台积电2纳米技术去年已经进入技术发展阶段,重点是测试载体、屏蔽生产和硅试生产的设计方案和实际操作。总体而言,台积电采用新技术的速度越来越慢。传统上,台积电每两年就开始生产一个新的升级节点。台积电的N7于2018年4月开始攀升,N5于2020年4月进入HVM,但N3仅在2020年下半年用于商业生产。对于N2来说,我们可以清楚地看到更长的节奏,这也表明研发和克服过程节点越来越困难。
美国:IBM和英特尔推动2nm发展。
2020年IBM完成了2纳米技术的突破,估计IBM2nm工艺能在每平方毫米芯片上集成3.33亿晶体管。
在这种芯片上,IBM为了获得电压信号和将位置从1翻转到零或从0翻转到1并排,而使用了一种叫做纳米堆叠的晶体管,它将NMOS晶体管堆叠在PMOS晶体管的顶部。这些晶体管被称为GALALA或GAA晶体管。
根据半导体行业的观查,读者肖德源对其的解读,就是说IBM早已刚开始考虑到将CFET应用于其2nmpower系列产品。CFET是CFET对Comepomet系列产品的简称,在CFET中,彼此能够将NFET和PFET纳米线或是纳米片叠在一起。CFET能够在PFET上叠一个NFET,还可以在2个PFET的顶端叠两个NFET。那样做的关键优势是节约地区,进而在2nm后带来一些动力和性能的益处,适用2nm后的技术性节点。
据中央通讯社报道,国际工业研究院研究所所长杨瑞林表示,IBM发布2nm工艺是半导体行业的大事,象征GAA架构的可行性,使得台积电和三星加速了2nm工艺的研发。虽然这样可能会增加台积电的竞争压力,但台积电客户众多,能有效缩短学习曲线,提升良率,降低成本。
同样是美国公司的英特尔也在研发2纳米技术。这将是英特尔的首款HNS,他们还将引入背供电。背供电解决了IR功率下降的问题,也让前端更容易接通。这一过程的密度估计是上一代的1.6倍。
写在最后。
整体来看,2nm是很有可能实现的,在2nm技术上的突破三大晶圆厂肯定是胜算较大,但是先进的过程需要积累经验,所以台积电刘德音在近期的股东大会上发言,台积电不会特别担心日美2nm的合作,三星和英特尔在2nm技术上的发展,以过往的经验来看,台积电的良性率一直不错,至于欧洲在2nm技术上突破应该也还有很长的一段路要走,不过中国大陆暂时不能参加这种先进的制程比赛,实在是可惜。