10nm工藝引發「戰爭」升級，晶片的未來在哪裡？

2016年12月7日，採用三星10nm工藝製造的高通驍龍835跑分遭到曝光。

就在一天後，即2016年12月8日，採用台積電10nm工藝製造的華為麒麟970也遭到媒體曝光。

此前，英特爾宣稱，將於2017年發布採用自家10nm工藝製造的移動晶片，格羅方德也聲稱自研10nm工藝。

四家晶片巨頭紛紛進入10nm晶片領域，預示著晶片界的競爭程度提升到新等級。

那麼，晶片界的這場「戰爭」會結束嗎，晶片的未來又在哪裡呢？

晶片集成度仍將持續提高

1995年起，晶片製造工藝從0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm，發展到90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、14nm，再到即將到來的10nm，晶片的製程工藝不斷發展，集成度不斷提高，這一趨勢還將持續下去。

2016年12月8日，台積電聲稱，將在2017年初開始7nm的設計定案，並在2018年初量產，對5nm、3nm和2nm工藝的相關投資工作也已開始。

此前，三星購買了ASML的NXE3400光刻機，為生產7nm晶片作準備，並計劃在2018年上半年實現量產。

雖然在矽電晶體的尺寸縮小到一定程度時會產生量子效應，導致電晶體的特性難以控制。

不過，短期內，縮減製程尺寸，提高晶片集成度仍是晶片廠商推動晶片向前發展的方向，7nm、5nm、3nm、2nm工藝將一步步加劇晶片廠商之間的競爭。

新技術將得到應用

除了FinFIT技術外，三星、英特爾等晶片廠商近些年紛紛投入到FD-SOI（全耗盡絕緣體矽）工藝、矽光子技術、3D堆疊技術等的研究中，以求突破FinFET的製造極限，擁有更多的主動權。

各種新技術中，猶以3D堆疊技術為研究重點。

3D堆疊技術通過在存儲層上疊加邏輯層，將晶片的結構由平面型升級成立體型，大大縮短互連線長度，使得數據傳輸更快，所受干擾更小。

目前，這樣的3D技術在理論層面已有較大進展，並在實踐中得到初步應用。

2013年，三星推出了3D圓柱形電荷捕獲型柵極存儲單元結構技術，垂直堆疊可達24層。

同年，台積電與Cadence合作開發出了3D-IC的參考流程。

2015年，英特爾和美光合作推出了3D XPoint技術，使用該技術的存儲晶片目前已經量產。

新技術的誕生，為當下晶片開闢了全新的發展領域，這也勢必加劇晶片廠商的競爭程度。

新材料將進入晶片領域

目前，製造晶片的原材料以矽為主。

不過，矽的物理特性限制了晶片的發展空間。

2015年4月，英特爾宣布，在達到7nm工藝之後將不再使用矽材料。

III-V族化合物、石墨烯等新材料為突破矽基晶片的瓶頸提供了可能，成為眾多晶片企業研究的焦點，尤其是石墨烯。

相比矽基晶片，石墨烯晶片擁有極高的載流子速度、優異的等比縮小特性等優勢。

IBM表示，石墨烯中的電子遷移速度是矽材料的10倍，石墨烯晶片的主頻在理論上可達300GHz，而散熱量和功耗卻遠低於矽基晶片。

麻省理工學院的研究發現，石墨烯可使晶片的運行速率提升百萬倍。

制約石墨烯晶片的最大因素是石墨烯的成本問題，不過隨著製作工藝已逐漸成熟，石墨烯的成本呈下降趨勢，石墨烯晶片量產的日子也不會太遠。

2011年底，寧波墨西科技建成年產300噸的石墨烯生產線，每克石墨烯銷售價格只要1元。

2016年4月，華訊方舟做出了石墨烯太赫茲晶片。

新材料為晶片的發展提供了全新的方向，具有極大的潛力，已成為晶片廠商把控未來趨勢、占領制高點的必爭領域，而這也將使得晶片廠商之間的競爭日益複雜。

從晶片誕生至今，晶片領域的創新從未停止，各廠商之間的競爭也從未停歇。

應變矽技術成就了90nm時代，一種柵介質新材料成就了45nm時代，三柵極電晶體成就了22nm時代，FinFET技術成就了當下的晶片時代。

未來， 3D堆疊等新技術、石墨烯等新材料將持續推動晶片領域的創新與發展，晶片廠商之間的競爭領域也將延伸，從智慧型手機擴展到網際網路汽車、VR、人工智慧等，競爭將日趨複雜和激烈。

人類對科學無盡的探索，將使得晶片行業的這場「戰爭」繼續下去。

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