是右刻「山高月小，水落石出」，左刻「清风徐来，水波不兴」的小小核雕吗？ ? 还有更厉害的，民家艺术家可以在一粒米上雕刻出一幅国画，甚至是一首沁园春书法作品。 ? 比它们更精细的呢？ 是芯片。 ? 这也是之前能够让芯片领域的摩尔定律保持将近50年的秘笈：芯片制程工艺已经从2001年的130nm，发展到了如今的5nm时代。 5nm的芯片内部究竟是什么样？ 近日，网上一条视频为我们开了开脑洞。 因此从微观角度来看，芯片内部的确是立体的。 ? ? 5nm是芯片制程的极限？ 在芯片行业主导多年的制程之争很快就要结束了吗？ 目前只有台积电和三星两家公司仍将芯片制程做到了5nm以内。 有理论表明，如果芯片仍然采用的是经典逻辑电路设计的话，那么5nm制程很可能就是极限。 ? Gate-All-Around，也就是环绕式栅极技术，简称为 GAA 横向晶体管技术被认为是未来芯片突破制程限制的发展方向。 ?
持续加码先进制程已成冒险 当前，芯片由先进制程带来的性能、功耗回报正在显著降低。近几个月，搭载5nm制程工艺SOC的智能手机陆续上市。 从这些手机的实际表现来看，无论是台积电的5nm FinFET工艺，抑或三星的5nm LPE工艺，性能、功耗提升都未能满足市场预期。 台积电方面，快步推进的5nm，实际性能提升有些拉胯。 并且同样采用5nm LPE工艺的Exynos 1080芯片，在能效表现上同样拉胯。 更加令人感到不安的是，在当前台积电5nm制程工艺的实用价值都很成问题的情况下，台积电还在持续加大对下一代制程节点3nm工艺的研发投入。 换而言之，台积电现在很可能已经触碰到了资本投入和技术实现之间的一个瓶颈，忽视这一瓶颈而又急切想要实现3nm先进制程工艺的台积电，其实已经陷入了一场极限技术冒险。 极限技术冒险，是福还是祸？
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FinFET的替代者出现，GAA技术给摩尔定律续命 随着技术的不断演进，工艺节点制程也在不断突破极限。 在现在广泛使用的FinEFT技术提出之前，根据摩尔定律，芯片的工艺节点制程的极限是35nm。 并且，依托FinEFT技术，芯片工艺节点制程已经发展到7nm，5nm甚至是3nm，也遇到了瓶颈。 ? FinFET 本身的尺寸已经缩小至极限后，无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得岌岌可危，甚至物理结构都无法完成。 在芯片制程逐渐缩小的路上，三大巨头你追我赶。 英特尔终于宣布恢复两年的研发周期之时，三星和台积电已经把5nm量产提上了日程，目前公开称有5nm芯片制造能力的只有台积电和三星两家。 ? 为了抢在台积电之前完成3nm的研发，三星的芯片制造工艺由5nm直接上升到3nm，4nm则直接跳过。
2nm来了，终结FinFET 一直以来，包括7nm、5nm在内的芯片制程都采用的是FinFET晶体管技术。 要知道，半导体行业进步的背后有着一条金科玉律，那就是「摩尔定律」。 摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，封装在微芯片上的晶体管数量便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。 当FinFET结构走到了无法突破物理极限的时候，对新的晶体管技术提出了需求。 近年来，我们看到了台积电不断将工艺的先进制程推向更高点，7nm，5nm，3nm，2nm，1nm... 台积电在先进制程方面可谓是一骑绝尘。 2020年，5nm量产。3nm，台积电一只独秀。 而真正第一款出货的5nm芯片，是苹果2020年秋季发布会上首次公布的A14仿生芯片，这款SoC的晶体管数量达到118亿个。 而第二款用上5nm芯片的则是集成153亿个晶体管的华为麒麟9000。 这两款芯片都是台积电代工生产的，并且采用的是FinFET架构。 台积电5nm虽然已经量产，但产能还是很有限，还在持续提升中。
如果换算成单颗5nm芯片的制造成本，同样也十分昂贵。每片300mm直径的晶圆只可以制造71.4颗5nm芯片，平摊单颗芯片成本将高达238美元（约合1600元人民币）。 目前，台积电的最新制造工艺是5nm，已用于生产A14仿生芯片。 据悉，台积电的2nm工艺将采用差分晶体管设计，采用环绕闸极（GAA）制程为基础的MBCFET架构，解决FinFET因制程微缩产生电流控制漏电的物理极限问题。 值得注意的是，这也是台积电第一次将MBCFET设计用于其晶体管。 这方面最早的仍然是三星，三星已经准备在3nm工艺的时候引入GAA技术。
放弃FinFET，新工艺挑战摩尔定律极限 2nm工艺有多夸张？ 按照台积电的说法，要在指甲盖大小（100mm²）的芯片上安装490亿个晶体管，这听上去就如同天方夜谭。 在2nm节点，集成电路的线宽接近电子波长，精细程度几乎达到了原子级别，理论上量子隧穿效应已经来到物理极限。 研究机构Semiengingeering曾统计了不同工艺下芯片所需费用，其中28nm节点要5130万美元投入，16nm节点需要1亿美元，7nm节点需要2.97亿美元，5nm节点需要5.42亿美元。 按照台积电的说法，新建5nm工厂将需要至少投资300亿美元，就以美国凤凰城5nm工厂为例，在政府巨额补贴下，台积电仍需投资120亿美元，只有靠海运降低成本，且后续依然需要不小开支。 此前，IBM曾宣布率先制造出2nm芯片，但业内人士表示“这就是在忽悠”，从设计上看依然是5nm工艺水平，只不过在命名上玩了“文字游戏”。
随着技术的不断演进，工艺节点制程也在不断突破极限。 在现在广泛使用的FinEFT技术提出之前，根据摩尔定律，芯片的工艺节点制程的极限是35nm。 并且，依托FinEFT技术，芯片工艺节点制程已经发展到7nm，5nm甚至是3nm，也遇到了瓶颈。 FinFET 本身的尺寸已经缩小至极限后，无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得岌岌可危，甚至物理结构都无法完成。 事实上，GAA也只是一个技术代称，台积电的GAA逻辑制程跟三星电子GAA肯定有所不同，台积电此举大概是告诉大家，FinFET的极限就是3nm了，之后要用GAA概念去量产2nm。 断供如果是第一打击，那么2nm芯片制程工艺让华为芯片雪上加霜。如果没有了先进制程工艺的加持，「麒麟」的性能将寸步难行，很难再与高通「骁龙」，三星「猎户座」等竞品相提并论。
随着制程技术越来越接近“纳米极限”，技术迭代速度越来越慢，代价越来越大，投资回收的门槛越来越高，台积电在拥有无可比拟的优势的同时，也不得不面临越来越多的威胁和困境，比如来自美国对芯片生态的颠覆性破坏。 亦有传闻，苹果A16芯片本应是首批采用台积电3nm工艺的产品，可几轮辗转，苹果最后只能选用由5nm工艺改良而来的4nm工艺。 于是，代工巨头的优势也推动下游客户形成巨头，凡是那些能用得起 5nm 工艺的客户，都是巨星。 优势二：客户优质 除了工艺先进之外，台积电的第二大优势是客户质量非常高。 全球 70% 的车规级 MCU 芯片都由台积电代工，台积电的汽车业务线赚得盆满钵满，但狂飙猛进的汽车芯片代工能抵消价量俱跌的大势吗？答案是不能，汽车芯片代工业务只占台积电收入总和的 5%。 前文我们谈到台积电的优势在于 3nm-10nm 之间的芯片制程工艺，而大部分车规级 MCU 和功率芯片采用的是成熟工艺，65nm 和 40nm 工艺是主力，并不需要5nm、7nm 的先进工艺，而这一点成为台积电暂时无法扩张
首先来讲芯片技术主要有两个攻克点，第一是芯片的设计能力，当然在这块主要是高端的芯片设计能力，目前几个芯片厂家几乎都是沿用arm架构系统完成的，因为arm的架构arm公司给出服务以及技术积累的时间都会比较长 ，所以中国的华为公司当时涉足芯片领域的时候选择了arm架构，从开始入行到现在华为在这方面已经投入了上千亿的资金，到底是换来了今天华为公司在芯片领域真正意义上的突破，已经在高端基带芯片上有了自己的话语权， 第二点芯片的制造工艺，目前高端的芯片工艺是7nm技术，已经在台积电大规模的量产，但是由于美国从中作梗，在今年还是削减了很多华为的订单，所以中国大力发展自己的光刻机制造技术已经是刻不容缓的事情了。 目前在芯片发展上回向着3nm，5nm的技术进展，意味着芯片的集成度会变得更高了，随着芯片功能还在不断的提升，其晶体管的数量还是在增加，所以芯片的技术壁垒还是非常大的，特别是高端方面的芯片目前在国内范围内也只有华为公司真正意义上取得了突破 芯片上的极限是存在的，目前看进步的空间还是有的，而且在晶体管的数量上还会不断在提升，中国在半导体行业落后的时间有点长了，所以当前在基础阶段还是存在很大的差距，就拿国内的芯片专业设计人才来讲整体的数量以及选材的范围都有限制
首起中国AI芯片公司被收购的案例，背后折射出更广义的问题是AI 芯片创业公司的生存环境与出路选择。 终端AI芯片成创业处女地 AI芯片是AI技术发展过程中不可逾越的关键阶段，这也造成了目前芯片行业格外躁动和火热，不管是巨头公司还是创业公司，不管是传统制造公司还是互联网公司，都在布局AI芯片行业。 从应用场景角度看，AI芯片主要有两个方向，一个是在数据中心部署的云端，一个是在消费者终端部署的终端。 从功能角度看，AI芯片主要做两个事情，一是Training（训练），二是Inference（推理）。 目前AI芯片的大规模应用主要还是在云端。 芯片产业是一个资金密集型的产业，无论是研发，还是后期的生产，都要求极高的资金投入。如果产品没有办法规模化，将无法消化前期的高额开销。
前端设计和后端设计之前是我们的短板，很多人都不认可我们的工艺。据相关官方消息称，华为有望在今年9月份推出Mate40 系列产品，此系列也将会搭载"麒麟1020"CPU芯片。 据了解到的消息知道，麒麟1020芯片是我国目前最先进的CPU芯片，和美国的将不相上下。麒麟1020新芯片的尺寸在5纳米级，将比我国的北斗卫星芯片还要小（北斗芯片为22nm）。 台积电目前是5nm芯片的制造商，而苹果A14和麒麟1020将会是5nm期间芯片的使用商，台积电会在8月份大批量交付麒麟1020。 然而这一批也是目前最后一批能够为华为生产的芯片，之后没有进行合作。 尽管在前一段时间里中科院的光刻机技术在5nm上取得进展，但很多人没有深入去了解清楚。 激光直写光刻机由于不需要掩模板，所以非常有利于实验室环境。 可是该文章中并没有提到5nm是用于芯片制造，而是研究团队利用激光直写技术，实现了纳米狭缝电极阵列结构的规模生产。狭缝电极是光电子器件的基础元件，并非是集成电路。
在众多“鱼刺”中，芯片无疑是扎得最深的那一根，而光刻机则是阻隔这根刺头被拔出的主要障碍之一。 在媒体的狂轰乱炸之下，即使从事的是和芯片八竿子打不着边儿的行业，恐怕也会对光刻机略知一二。 简单来说，半导体芯片制造分为 IC 设计、 IC 制造、 IC 封测三大环节， 光刻作为 IC 制造的核心环节，其工作原理可以被理解为“萝卜雕花”，只不过是在硅片上雕，主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上 中科院苏州所联合国家纳米中心开展的这项研究有所不同，在无机钛膜光刻胶上，采用双激光束（波长为405 nm）交叠技术，通过精确控制能量密度及步长，实现了1/55衍射极限的突破（NA=0.9），达到了最小5nm 首先需要明确的是，中科院5nm光刻技术的成功，确实是值得肯定、鼓舞人心的好事情。 一位业内人士强调：“该文章中并没有提到5nm是用于芯片制造，而是研究团队利用激光直写技术，实现了纳米狭缝电极阵列结构的规模生产。狭缝电极是光电子器件的基础元件，并非是集成电路。
随着芯片技术在纳米量级的不断发展，摩尔定律似乎走到了尽头。 但随着晶体管密度的不断提高，先进制程芯片成本显著提高，摩尔定律是半导体技术发展的唯一通途吗？ 这项技术支持将CPU、GPU、IO芯片紧密结合在一起，可兼容来自不同厂商的芯片混合进行封装。 英特尔还表示，可以将单层二硫化钼（MoS2）引入芯片制造中，是连接距离从15nm缩小至5nm，解决传统硅基芯片的物理限制。 二是高效的电源技术和 FeRAM 技术。 三是全新磁电自旋轨道（MESO）逻辑器件。 随着未来晶体管密度进一步提升，传统的硅基芯片将面临难以超越的物理极限。
台积电董事长刘德音也表示，计划扩建工厂提升2nm芯片的产能。 策划&撰写：小波点 据最新报道，台积电在2nm芯片技术上取得了重大突破，虽然目前尚未透露具体细节。 据悉，台积电2nm将会采用多桥通道场效晶体管 (MBCFET)架构，这一架构有助于克服鳍式场效晶体管 (FinFET)架构因制程微缩产生电流控制漏电的物理极限问题。 目前三星已经在5nm工艺的研发上投入了约4.8亿美元，3nm砷化镓场效应管的研发将大大超过5亿美元。虽然台积电很少披露具体工艺节点的投资数字，但我们可以想象。
，接口覆盖最全的；二是高端工艺验证，高端10nm/8nm/7nm/6nm/5nm/3nm都已开发验证完成并授权客户量产；三是跨平台，保证生产安全，芯动IP在台积电/三星/格芯/联华电子/英特尔/中芯国际 ▲芯动LPDDR5X（单比特DQ达10Gbps）在长距PCB板上的实测波形 兼容UCIeChiplet解决方案，突破单芯片性能极限 针对时下热门的Chiplet技术，芯动首发国产跨工艺、跨封装的Chiplet 连接解决方案-Innolink™ Chiplet，率先实现兼容UCIe两种规格（Innolink-B/C），助力芯片设计企业和系统厂商突破单晶粒制造极限及单一芯片性能瓶颈，已在先进工艺上成功量产。 ，全球两大5nm工艺线认证的官方技术合作伙伴，拥有200次先进工艺流片和60亿颗高端SoC授权量产记录，是业界极富口碑的IP和定制服务老牌厂商。” 关于芯动： 芯动科技（Innosilicon）是中国一站式IP和芯片定制赋能型领军企业，聚焦计算、存储和连接等三大赛道，提供跨全球各大工艺厂（台积电/三星/中芯国际/格芯/英特尔/联华电子/华力），从55
最近两天经常看到Chiplet这个词，以为是什么新技术呢，google一下这不就是几年前都在提的先进封装吗。最近资本市场带动了芯片投资市场，和chiplet有关的公司身价直接飞天。 同时为了追求芯片性能，大家都想采用先进制程，5nm、3nm、1nm，越小越好。但是越小制程难度越大，成本太高，再加上美国作梗，不是所有人都可以用得上5nm。 另外采用chiplet降低了单位面积内的芯片设计量，可以适当减少芯片集成度，我的理解是采用14nm的工艺制程说不定可以干5nm的事情。 2022年三月份出现的UCIe， 即Universal Chiplet Interconnect Express，是Intel、AMD、ARM、高通、三星、台积电、日月光、Google Cloud、Meta 和微软等公司联合推出的Die-to-Die互连标准，其主要目的是统一Chiplet（芯粒）之间的互连接口标准，打造一个开放性的Chiplet生态系统。
机器之心报道 机器之心编辑部 不叫天玑 2000，而是天玑 9000：联发科的旗舰手机芯片，今年能翻身吗？ 毕竟在今年，越来越多的「Pro 版」手机已经换上了天玑芯片。 联发科的优势首先体现在工艺上，新发布的天玑 9000 是首款基于台积电 4nm 工艺（N4）打造的移动芯片，这可以称得上是业界第一了。 我们知道，目前 iPhone 13 系列所使用的 A15 Bionic 仍停留在台积电 5nm 上，只是工艺有所加强（N5P），相比去年同样采用 5nm 工艺的 A14 Bionic，制程上的提升幅度有限 联发科指出，他们的效率优势远大于性能提升，这也表明其游戏测试时芯片的峰值功率水平低于极限水平，这绝对是一个值得欢迎的变化。 天玑 9000 也被称作是第一款支持蓝牙 5.3 的智能手机芯片，Wi-Fi 的标准也提升到了 Wi-Fi 6E。 由于新一代华为麒麟的缺席，安卓手机芯片领域的主要玩家仅剩高通、联发科和三星。
作者 | 来自镁客星球的刘爽 据外网最新消息，苹果将占据2021年5nm芯片一半以上的份额，第二为高通，而三星公司仅占总份额的5%。 在去年第四季度，美国向华为下达了芯片禁令后，苹果、高通、联发科等厂商为抢夺华为市场份额，纷纷向台积电大幅追加7nm和5nm制程的订单。 其中苹果是今年5nm工艺的第一大客户（订单全部给台积电），这些5nm芯片将用于iPhone（A14/A15）和其他新发布的苹果产品。” ? 从全年的订单来看，苹果将继续作为5nm芯片的第一大客户，而高通将成为5nm芯片的第二大客户。 由于iPhone 13系列可能采用其骁龙X60调制解调器，苹果在很大程度上影响了高通的5nm芯片份额，高通将有望占据5nm芯片总产量的25%。但高通并不会长期受益于来自苹果的订单。
根据供应链消息，苹果下半年iPhone 12相关芯片已在台积电投片，A14应用处理器第四季度将吃下台积电5nm约12～13万片产能，并有意再取得原本华为海思预订的5nm产能。 ? 如此一来，华为的所有芯片，无论是手机芯片、伺服器芯片、电源管理芯片、机顶盒芯片都将受到美国管制。 最狠的是，这条禁令是无差别攻击，打击面遍及全世界。 不仅华为，所有需要美国软件、技术、设备的芯片制造商，无论是中国、日本、韩国……，都有机会「享受」美国管制。 因为全世界没有一颗芯片是可以完全不使用美国设备或软件技术而被生产制造出来。 华为该何去何从？ 台积电能为其申请出口豁免吗？ 对于华为而言，最糟糕的情况，是禁令强制实施，无法购买台积电的芯片。 因此，早在今年1月份，华为旗下海思半导体公司即向中芯国际下单，以寻找台积电芯片的替代品。 ? 5nm芯片对于生产智能手机和5G基础设施方面至关重要。因此，对于华为来说，最好的情形莫过于接下来一个月内台积电为华为申请出口豁免，依旧能维持与老东家的合作。
近日，「北大才女」孔静教授带领团队找到了代替「硅」的新兴半导体材料——铋（Bi），未来将挑战1nm以下的制程，有助于突破「摩尔定律」极限。 当「硅」达到物理极限，该怎么解？ 新大陆「铋」的发现者，攻克半导体「2D」材料连接难题 目前硅基半导体已经推进到5nm和3nm，IBM也刚刚宣布了突破2nm的「PPT 工艺」。 不过，2nm之后就是1.5nm、1nm。 ? 摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，封装在微芯片上的晶体管数量便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。 ? 然而，硅片触及物理极限，除非找到新的方法，否则这些限制可能会使几十年的进展停滞不前。 铋（Bi）是一种有望突破摩尔定律1nm极限的新材料！ 这种材料被作为二维材料的接触电极，可以大幅度降低电阻并且提升电流，从而使其能效和硅一样，实现未来半导体1nm工艺的新制程！ ? 这种超薄单层材料，在这种情况下是二硫化钼，被认为是绕过硅基晶体管技术现在遇到的小型化限制的主要竞争者。
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