日经新闻12月3日报道,比利时微电子研究中心(IMEC)公布研究成果和未来发展计划。
IMEC表示,1nm工艺将于2027年实用,进一步的0.7nm预计2029年后量产。
此言一出,震惊了所有人,摩尔定律被打了一针强心剂。
近年来,“摩尔定律已死”派不断壮大,但被誉为“全球半导体产业幕后大脑”的IMEC仍然坚持维护摩尔定律。
该机构一直在通过小型化流程来提高集成度。
这家来自比利时的研究机构声称,“摩尔定律”诞生已有50多年了。
未来,由于新器件结构和新材料的引入、芯片中的晶体管堆叠、芯片堆叠的三维封装等技术进步,摩尔定律将继续下去。
IMEC的理论基础,新材料和新器件,英特尔已经将工艺理论发展到了埃时代。
2024年将继续使用2nm这个名字,2025年18埃的“Intel 2”将被称为“Intel 2”。
这套技术完全是基于Intel的主观观点。
新的命名系统——Intel7、Intel4、Intel3、Intel 20 ?、Intel 18 ?,成为英特尔对工艺数字化和生产延迟之间平衡的回应。
IMEC借用了Intel的思想,即符号并不代表其物理长度。
IMEC将工艺演进理念纳入了自己的逻辑周期路线图行业时间表。
行业时间表。
PP代表多晶硅布线间距的实际长度(nm),MP代表第一金属布线层间距的实际长度(nm),Industry Timeline显示各厂商的MP普遍小于PP。
来源:IMEC 据相关消息,IMEC已开始研发工艺和材料,以实现器件小型化至1纳米以下。
晶体堆叠(Crystal Stacking) 目前主流逻辑器件中,晶体管堆叠大多采用FinFET结构。
随着制造工艺变得更加复杂,GAA(Gate-All-Around)纳米片堆叠结构已被公认为下一代堆叠方法。
英特尔和台积电已经开始研究2nm GAA技术。
三星还宣布从3nm开始采用GAA纳米片叠层结构,力争领先对手一步。
在1nm工艺中,IMEC表示正在尝试使用CFET结构来构建CMOS。
在小于 1 nm (10 ?) 的节点上,IMEC 计划使用“原子通道”,即使用厚度为一到几个原子层的二维材料来形成通道。
1nm的芯片将使用CFET,1nm以下的芯片将使用原子通道。
资料来源:IMEC 芯片 3D 封装 通过采用堆叠半导体芯片和晶体的 3D 安装,可以进一步增加安装的晶体管数量。
3D封装技术的演变。
资料来源:IMEC 3D堆叠技术已被多家大厂探索。
2018年4月,在加州圣克拉拉举行的第24届年度技术研讨会上,台积电首次向外界公布了其创新技术。
系统集成单芯片(SoIC)多芯片3D堆叠技术。
在今年6月的Computex大会上,苏姿丰展示了一款由Ryzen 5000系列处理器打造的实验芯片,该芯片由AMD和台积电联合打造,采用了最新的3D堆叠技术。
现有Zen 3架构Ryzen 5000处理器的CCD中封入了64MB 7nm SRAM,将每个CCD的L3缓存容量从32MB增加到96MB,容量增加了两倍。
Ryzen 5000 处理器中的 3D 垂直缓存架构。
来源:computex英特尔也在寻找 3D 堆栈的新机会。
2018年,英特尔推出了业界首个3D逻辑芯片封装技术——Foveros,将逻辑芯片堆叠在逻辑芯片上。
英特尔 Foreros 封装技术。
资料来源:英特尔无法跟上技术市场的步伐。
IMEC的“1nm以下”只是各大厂商比拼谁“更大”的一个缩影。
9月20日,英特尔在直播中公布了公司战略,并推出了到2025年修订后的产品路线图。
据其介绍,英特尔的目标是在2023年向客户提供7nm硬件,然后在2024年向客户提供低于1nm的硬件。
未来几年,英特尔希望客户服务能够克服持续的产品延迟,重回正轨,夺回制高点。
Intel的10nm AlderLake将被“Intel 7”工艺节点取代。
资料显示,英特尔的10nm工艺相当于台积电等公司的7nm工艺,而纳米是通用单位,因此采用带有该公司色彩的工艺方案无疑彰显了英特尔强大的决心。
台积电和三星在这场无硝烟的战斗中并没有缺席。
从2019年开始,全球两家顶级芯片制造代工厂三星和台积电开始竞相“突破芯片生产的最低纳米数”。
今年5月,IBM突然发布全球首款2nm芯片,直接冲击代工厂的底线。
紧接着,6月2日,在2021年度技术研讨会上,台积电正式披露了2nm的关键指标。
8月,台积电传来新消息。
2nm Fab20生产线已获得中国台湾当地批准。
预计2023年正式开工,2024年进入量产阶段。
目前台积电已经量产5nm。
台积电的工艺路线图,0.1nm也在其计划之内。
资料来源:台积电 三星电子是近年来唯一一家与台积电竞争的公司。
2020年三星和台积电将同时实现5nm,预计明年三星和台积电将同时实现3nm。
但目前业界对三星的制造工艺缺乏信任,这一点也体现在两家公司的代工份额上。
三星只有17%左右,而台积电则超过50%。
三星的工艺问题在于,无论三星在哪个工艺节点上,晶体管密度都低于台积电。
比如三星的3nm,业界发现它与台积电的5nm类似。
目前有消息称,高通新发布的骁龙8Gen 1是由三星公司代工的。
据悉,高通因三星4nm工艺良率极低而对三星不满。
晶体密度比较。
来源:Digitimes 一方面,各代工厂相互竞争,但另一方面,市场也在审视这样的争斗是否浪费资源。
28nm是传统制造工艺的分水岭。
ICInsights数据显示,2021年28nm及以上成熟工艺仍将占据全球芯片市场50%左右的份额。
即使到2024年,28nm及以上成熟工艺仍将占据44%左右的市场。
当前的核心短缺浪潮以28nm工艺最为严重。
近年来,28nm芯片变得越来越重要。
它是许多物联网设备的主芯片。
全球流程市场状况。
来源:ICInsights 台积电刘德银曾表示,全球28nm芯片供应超过需求,实际情况完全出乎台积电的预期。
因此,台积电将南京工厂28nm芯片产能计划从4万片/月上调至10万片/月。
多于。
今年以来,台积电持续增加汽车芯片产能,直到6月底才能够满足客户的最低需求,且芯片以28nm产能为主。
此外,中芯国际今年两次扩大28纳米芯片产能,英特尔宣布投资200亿美元建设晶圆代工厂,主要生产10纳米以上工艺的芯片。
全球几大半导体公司正在殊死一搏,希望能够率先夺取制造工艺布局的制高点。
但目前的情况是需求市场跟不上,从试产到量产的跨越变得越来越困难。
技术进步永远值得尊重。
目前,硅晶圆单位面积可容纳的晶体管数量正在接近硅的物理极限。
近年来,科学界一直在积极寻找可以替代硅并挑战1nm以下工艺的二维材料。
今年5月,台湾大学、台积电和麻省理工学院发现,在二维材料上使用半金属铋(Bi)电极可以显着降低电阻并增加传输电流。
他们相信这将成为突破1nm极限的关键技术。
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IMEC还在会上表示,在2nm工艺中,将采用继7nm、5nm、3nm之后的第四代EUV光刻技术,14?是其延伸。
从10?开始,预计将采用NA(High Numerical Aperture,高数值孔径技术)=0.55的高NA EUV光刻,而不是NA=0.33的传统EUV光刻。
IMEC和ASML联合开发工艺,第一台高NA原型机将于2023年从ASML引入。
在高NA EUV曝光设备方面,IMEC预计要到2026年才能引入量产线。
现在,业界不再只是谈论“Xnm”。
一方面,这个数字越来越不可信,标准也各不相同;另一方面,用数字来限制科学,就会让努力变得毫无意义。
这是半导体世界正在走向理性的信号。