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台积电加速研发2到1nm工艺

2020-5-19 23:42| 发布者: 一生平安| 查看: 443| 评论: 0|来自: 综合

摘要: 我们现在使用的半导体大部分是硅基电路,问世已经60年了,多年来都是按照摩尔定律2年一次微缩的规律发展,但它终究是有极限的。台积电在突破5nm、3nm及未来的2nm之后,下一步就要进军1nm工艺了。  台积电一路 ...
  我们现在使用的半导体大部分是硅基电路,问世已经60年了,多年来都是按照摩尔定律2年一次微缩的规律发展,但它终究是有极限的。台积电在突破5nm、3nm及未来的2nm之后,下一步就要进军1nm工艺了。
  台积电一路高歌猛进:7nm工艺上独步天下,5nm工艺也正在量产,3nm工艺就在不远处,2nm工艺也正在蓝图上铺开……

  在最新的2019年年报中,台积电确认5nm已经进入量产阶段,3nm正在持续研发,同时今年还会加快2nm(N2)的研发速度。
  台积电透露,2019年已经在业内率先启动2nm工艺研发,并在关键的光刻技术上进行2nm以下技术开发的前期准备工作。
  台积电从7nm工艺开始导入EUV极紫外光刻技术,5nm上也顺利转移,而且在3nm上展现了优异的光学能力和符合预期的良品率,所以在2nm和后续更先进工艺上,台积电将继续重点改善EUV技术的质量与成本。
  对,注意成本两个字。
  其实,对于3nm、2nm这些更先进的制程工艺,技术挑战还是次要的,最关键的是成本,因为随着半导体工艺的演进,不但台积电、三星这些代工厂需要投入动辄数百亿美元的资金用于研发、建厂,芯片设计公司也必须跟着烧钱,一方面是芯片设计难度的急剧增加,另一方面也要帮助代工厂均摊成本。
  有数据显示,7nm工艺芯片的研发需要至少3亿美元的投资,5nm工艺上平均要5.42亿美元,3nm、2nm工艺还没数据,但起步10亿美元是没跑了,至少2nm工艺不会低于这个数。
  根据台积电的规划,今年会量产5nm工艺,2022年则会量产3nm工艺,2nm工艺已经在研发中了,预计会在2024年问世。
  2nm之后呢?台积电在日前的股东大会上也表态,正在研究2nm以下的工艺,正在一步步逼近1nm工艺。
  1nm工艺不仅仅是这个数字看上重要,它还有更深的含义——1nm级别的工艺有可能是硅基半导体的终结,再往下走就需要换材料了,比如纳米片、碳纳米管等等,2017年IBM领衔的科研团队就成功使用碳纳米管制造出了1nm晶体管。
  硅基半导体工艺的极限其实一直在突破,之前的说法中,10nm、7nm、5nm、3nm甚至2nm都被当做过硅基工艺的极限,现在来看还是一步步被突破了,如果不考虑台积电、三星在工艺命名上的营销套路的话。
  
  在2019年的Hotchips会议上,台积电研发负责人、技术研究副总经理黄汉森(Philip Wong)在演讲中就谈到过半导体工艺极限的问题,他认为到了2050年,晶体管来到氢原子尺度,即0.1nm。
  关于未来的技术路线,黄汉森认为像碳纳米管(1.2nm尺度)、二维层状材料等可以将晶体管变得更快、更迷你;同时,相变内存(PRAM)、旋转力矩转移随机存取内存(STT-RAM)等会直接和处理器封装在一起,缩小体积,加快数据传递速度;此外还有3D堆叠封装技术。

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