台積電透露重磅消息,5nm線程工藝即將到來?I 二哥說

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有了解半導體技術的發展小夥伴都知道「摩爾定律」這四個字——當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18~24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。

其直觀結果是:製程演進一直在以大約0.7的倍數逐級縮減,如1000nm->700nm->500nm->350nm->250nm等。

而在製程邁過180nm節點後,台積電等代工廠提出了一種相比Intel的製程縮減0.9倍的工藝。

這種工藝可以在不對產線進行大改的同時提供了1.24倍電路密度的晶片。

不過,英特爾對這種「不三不四的」技術可謂非常不感冒,還為其掛上了「半代工藝」的名號。

Intel和IBM製造技術聯盟(包括三星和GF等)依然嚴格按著180nm->130nm->90nm->65nm->45nm->32nm->22nm的步調前行(三星和GF在32nm後轉向28nm),而台積電等半導體晶圓代工廠則走上了150nm->110nm->80nm->55nm->40nm->28nm->20nm的路線。

小夥伴們都知道,處理器晶片的製造工藝常常用XXnm來表示,比如Intel的六代酷睿系列CPU就採用Intel自家的14nm++製造工藝。

所謂的XXnm指的是集成電路的MOSFET電晶體柵極的寬度,也被稱為柵長。

柵長越短,則可以在相同尺寸的矽片上集成更多的電晶體。

但是,全球知名的半導體代工廠台積電近日則是宣布其的2個重要突破——第一是其首次完成了7nm EUV工藝的流片工作,第二是其5nm 工藝將在2019年4月進行試產。

雖然台積電已經在今年4月開始量產全球最為先進的7nm技術,但其並非使用EUV技術,仍採用傳統的DUV,不過這個「假冒7nm」相比10nm 依然有接近40%的功效提升、15%的性能提升和37%的核心面積縮小。

目前,麒麟980、蘋果A12、驍龍855和AMD下一代CPU/GPU都確認將會採用該技術進行製造以及量產。

7nm EUV的應用,能繼續提升並挖掘7nm的潛力,雖然目前並未公布更多數據,但已公布EUV工藝能提升20%電晶體密度,並降低6%-12%的同頻功耗。

而且7nm挖掘殆盡之後,台積電將開始5nm的 EUV的試產,有望在2020年Q2季度完成量產,並應用在各家旗艦平台上。

5nm的電晶體密度將提升80%,同功耗下頻率再度提升15%。

目前,最重要的代工企業台積電、三星和格羅方德(GF)在半導體工藝的發展上越來越迅猛,10nm製程才剛剛應用一年半,7nm都已經橫空出世了。

要知道,新一代iPhone A12處理器就是使用台積電的7nm製程,距離其發布上市也就一個月的時間。

不過,二哥還是認為如此迅猛的發展對我們來說不一定是好事——當年台積電當年在20nm工藝上的不良表現也是導致了高通驍龍810出現過嚴重的發熱問題。

同時,EUV技術的難度相當大。

EUV的研發在20世紀90年代就已經開始,並且最早希望是在90nm製程節點上投入應用。

然而EUV光刻機卻一直達不到正式生產的要求,由此就將DUV一路推進到了10nm階段。

目前ASML的EUV光刻機使用40對蔡司鏡面構成光路,每個鏡面的反光率為70%。

這也就是說,EUV光束通過該系統中的每一對鏡面時都會減半,在經過40對鏡面反射後,只有不到2%的光線能投射到晶元上。

到達晶圓的光線越少,光刻所需的曝光時間就越長,相應的生產成本也就越高。

再加上價格和能耗,EUV取代DUV依然十分艱難。

同時,最新的EUV光刻機價格超過1億歐元,是DUV光刻機價格的二倍有餘,且使用EUV光刻機進行批量生產時會消耗1.5兆瓦的電力,其消耗遠高於DUV。

目前,EUV光刻機最快也要到2019年才能正式運用到生產中。

7nm製程目前已經要面臨如此巨大的困難,而5nm製程要解決的也不只有電晶體架構,還有全新布線層材料等難點的存在。

因此,台積電這次相對"激進"的研發到底又會給半導體行業以及"摩爾定律"帶來多少衝擊值得進一步的關注。

除了行業以外,製程工藝對我們來說也有著很大的影響。

晶片的製程工藝數字越小,比如7nm比10nm更小,晶片的功耗越低,製程工藝是指IC內電路與電路之間的距離,間距越小耗能越低。

但更先進的製成工藝需要更久的研製時間和更高的研製技術更先進的製造工藝會使處理器的核心面積進一步減小,也就是說在相同面積的晶圓上可以製造出更多的CPU產品,更先進的製造工藝還會減少處理器的功耗,從而減少其發熱量,解決處理器性能提升的障礙。

目前手機晶片的散熱設計功耗一般都不超過5W,雖然製程工藝不直接決定手機晶片的性能,但得益於7nm更低的功耗,在相同TDP條件下7nm要比10nm的性能更強,也就是說在IC設計階段可以增加更多的電晶體,實現更高的性能。

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