它的里面究竟是什么样子的？ 你能想象到最精细的东西是什么？ 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？ ? 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。 ?
但在强大性能的背后，受制于5nm工艺的高成本和较低的成品率，5nm芯片的产能十分有限。媒体报道表示，今年台积电最多只能代工7400万颗A14处理器，这还是在动用全部5nm产能下能够完成的数量。 ? 在美国对华为制裁禁令的生效之后，台积电已无法再为华为代工麒麟芯片，此前华为给台积电的订单是1500万颗麒麟5nm芯片，但因为生产时间十分有限，最终也只在9月15日之前生产了880万颗处理器，占据全部订单的 正如2018年的时候，台积电官方表示，预计在5nm工艺上总共投资了250亿美元，其中5nm芯片设计成本将增至4.76亿美元。 也就是说，设计一款A14或者麒麟5nm芯片，总成本可能高达近5亿美元。 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。
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首先，这家全球一号代工厂已经成功使用其第二代7nm工艺技术完成了首个客户芯片的流片工作，该技术采用了有限的EUVL技术；其次，台积电透露计划于2019年4月开始试产5nm工艺技术。 相比之下，台积电的第二代7NM制造技术（CLN7FF +/N7 +）将对四个非关键层使用极紫外光刻（EUVL），主要是为了加速生产并学习如何熟练掌握ASML的新光刻机Twinscan NXE。 也就是说，台积电已使用N7+技术淘汰了第一款芯片也就不足为奇了。此外，该公司正在为汽车行业准备一个专门的流程版本。 ? 台积电并未透露这次流片成功的芯片出自哪家客户，但考虑到近年来这家代工厂和各家的合作关系，答案也是显而易见的。 与台初代7nm相比，5nm工艺将使芯片面积缩小约45％（即5nm芯片的晶体管密度比7nm芯片高出约1.8倍），同功耗频率提升15％，同频功耗降低20％（在频率和复杂度相同的情况下）。
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。 ? 这也算是为两家企业2-3nm制程的市场之战吹响了号角。 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。
3月16日消息，据路透社报导，三星设备解决方案（DS）部门新任CEO Kyung Kye-hyun在16日的股东大会上对外透露，三星晶圆代工业务将在中国寻找新客户，其5nm制程以下芯片的良率正在逐步改善 在此次股东大会上，在被股东问到5nm制程以下芯片良率偏低的问题时，Kyung回应称，初步扩产需要时间，但运作逐渐改善中。 他说，“制程愈来愈精密，复杂度也提高了，5nm以下的芯片已逼近半导体装置的物理极限”。 Kyung表示，三星计划将生产线运作最佳化以改善获利及供给状况，并持续提升已开始量产的制程。 对于今年市场的预期，Kyung认为，今年三星芯片及零组件部门的年成长率有望优于全球芯片市场的9%。 Kyung表示，三星会设法改善厂房营运、扩充产能，满足供应吃紧的全球芯片市场。 报告称，三星是前五大晶圆代工大厂中，2021年四季度市占率扩大的唯一一家业者，主要是因为先进的5nm/4nm制程产能逐渐完成，大客户高通旗舰产品开始量产的关系。
但是，当先进制程工艺已经非常接近物理极限时，台积电继续坚持进一步加大对先进制程的研发生产投入，其实已经变成了一种冒险行为。 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。 根据知名数码博主极客湾Geekerwan对小米手机的实测，采用三星5nm LPE工艺的骁龙888处理器和上代产品骁龙865处理器对比，单核功耗和多核功耗明显增加，能效表现上大幅下降。 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。 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？
ASML是全球领先的光刻机制造商，该公司使用能量束绘制计算机芯片电路。 中国又只有依赖光刻机这一条路吗？ 亦或，某些源自西方的「小众」技术，例如开源指令集架构RISC-V，可能会让中国芯片自主「弯道超车」？ RISCRISC-V有可能让中国芯片自主，甚至「弯道超车」？ 就在美国「卡脖子」的状况下，中国芯片一点办法都没有吗？ ? 「RISC-V很有可能为中国芯片的自主可控计划提供了一扇窗，以加速结束对西方芯片技术的依赖，甚至有可能威胁到Arm的市场地位。」 RISC-V是什么？ 然而，这家荷兰公司强调了DUV光刻机，而非更先进的EUV(极端紫外线)光刻机。 有网友对此消息表示：「DUV光刻机是二等品，自然不用受限。」 ? DUV光刻机与EUV光刻机什么区别？
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 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。 另一位业内人士表示：“中科院的5nm激光光刻技术目前仅仅局限于实验室小规模小批量的进行实验，不论是光刻的面积还是光刻的速度，都要比目前工业应用的光刻机弱很多，想要实现大规模批量的生产，要等到这项技术必须完全成熟了才有可能实现
从2020年下半年开始，苹果、华为、高通、三星相继推出旗舰级5nm移动处理器，不过从这几款5nm芯片的实际表现来看，5nm芯片似乎遭遇了集体“翻车”。 为何全球5nm工艺的旗舰芯片都会出现翻车现象呢？ 从目前台积电、Intel、三星等芯片代工巨头的实力来看， 都无法解决鳍式场效应晶体管（FinFET）技术的短板问题，因为在采用越来越先进芯片制程工艺下，其晶体管的沟道长度也将越短，进而出现漏电现象，但全新的环绕栅极晶体管 （FinFET）技术，毕竟以目前台积电5nm、7nm工艺芯片的发热、功耗表现来看，确实也是更加优秀。 有人将此归结于骁龙888的代工厂三星的5nm工艺制程的不成熟，由此以来三星自己的两款5nm芯片也面临“翻车”风险。
作为对比，当下最先进的台积电5nm FinFET工艺每平方毫米约有1.73亿个晶体管，2nm芯片足足多了两倍，而三星的5nm芯片每平方毫米仅为1.27亿个晶体管。 此外，IBM也是率先造出7nm（2015年）和5nm（2017年）芯片的厂商，在电压等指标的定义上很早就拿下主导权。 时隔两年，IBM与他的盟友们再次首发业界第一个全新的5nm硅纳米片晶体管（Nanosheet）芯片，为后来实现5nm工艺铺平了道路。 尽管两次芯片都是实验室测试芯片，距离真正量产还有相当大的距离，但IBM在攻克制程中使用极紫外线光刻技术（EUV）进行线的前端图形绘制的技术，极大推进了后来EUV的商业化落地。 只不过GAA的制造难度显然是极高的。 但IBM已经弄清楚了如何使用单次曝光 EUV 来减少用于蚀刻芯片的光学掩模的数量，这也将给晶圆巨头们在制程突破上带来了新思路。
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。
6nm制程将按照计划于年底实现量产，比7nm加强版多了1层EUV（极紫外光刻）光罩层。 5nm也已准备好下半年进行量产。 为什么从5nm到3nm，以及再往后难度陡增？这里我们要简单回顾一下制程的知识。 以10nm制程为例，是指在芯片中线最小可以做到14nm的尺寸。 finFET能力探底，新技术散热问题没有解决 晶体管是芯片中的关键构建模块之一，可在设备中提供开关功能。市场预测5nm的命运可能步10nm后尘，成为从6nm到3nm的过渡。 纳米片FET是finFET的扩展。它的侧面是finFET，栅极包裹着它。纳米片将出现在3nm处，并可能延伸至2nm甚至1nm。 ? 但是，基于晶圆厂的CD-SAXS的问题在于X射线源有限且速度慢，这会影响吞吐量，而且成本可能要贵5倍或10倍。
萧箫 发自 凹非寺 量子位 报道 | 公众号 QbitAI 首个2nm制程芯片，竟然是IBM先发布的。 ? 没错，不是已经研究出3nm技术的台积电，也不是已经量产5nm芯片的三星，而是IBM。 三星率先采用了名为GAA（gate-all-around，环绕式栅极）的晶体管技术，对3nm制程芯片进行研发，IBM的2nm制程所采用的技术，也同样是GAA。 从图中可见，IBM的2nm芯片中，纳米片共有三层，每片纳米片宽40nm，高5nm，间距44nm，栅极长度12nm。 ? 嗯？？？ 没错。 这里IBM的2nm早已经不指栅极长度（MOS管的最小沟道长度），而是等效成了芯片上的晶体管节点密度。 密度越大，芯片的性能就越高。至于2nm，只是一个命名方式而已。 这个芯片的密度达到了333MTr/mm²，即每平方毫米容纳3.3亿个晶体管。 作为对比，台积电的5nm芯片密度为171.3MTr/mm²，三星的5nm芯片密度则为127MTr/mm²。 ?
业内常常提及的“芯片使用多少纳米的工艺”，虽然在很多年以前代表芯片里晶体管特征尺寸的真实大小，但是现如今7nm、5nm芯片中所谓的多少纳米，其实早都已经不代表晶体管的真实尺寸了，而只是一个技术代号（这就跟苹果 但是没办法，台积电在过去几年中，还是无情地超过了英特尔成为全球市值第一的芯片企业。因此，尽管名称上存在一定营销策略的考虑，但是芯片技术从7nm到如今的5nm、3nm，可以说每一代都是很成功的。 而这一次IBM的2nm芯片，在每一平方毫米的面积上，可以制造3.3亿枚晶体管，这个密度差不多是苹果手机里5nm芯片的2倍，小米、三星等等手机里5nm芯片的3倍，确实有比较明显的提高。 其次，就是这次IBM采用了一种新的晶体管立体结构，GAA（环绕栅极晶体管）技术有望引领芯片技术再往前走很多年。 为什么这么说？ 2nm的GAA（环绕栅极晶体管）技术，首次使用底介电隔离通道，它可以实现12 nm的栅长，其内部间隔是第二代干法设计，有助于纳米片的开发。这也是第一次使用EUV曝光FEOL部分过程。
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。 这样的漏电不仅白白浪费了电能，更是引起芯片严重发热的原因，同时也解释了一些芯片为什么功耗过高。 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”。 目前，高通骁龙和联发科虽然紧跟最新技术，但功耗控制上并不如人意；而苹果芯片又受台积电良品率限制，只能暂缓了新芯片的研发进度；三星自家芯片又体量过小，很难产生影响力。
此外，疫情期间，人们对线上工作和生活的需求持续提升，极大的带动了全球范围内互联网公司的业务增长，进而促使互联网公司扩大带宽，增加服务器，带动了服务器厂商对服务器芯片的需求，进而推动公司营收的增长。 而对于台积电而言，所谓高性能芯片的供应主要指的是其7nm、16nm芯片的贡献。 而按照产品来划分，智能手机芯片仍是主要的营收来源，所占比重高达47%，高性能计算机芯片贡献33%的营收，物联网芯片、汽车芯片分别占比8%、4%，数字消费电子产品芯片为5%，其他则为3%。 由此可见，此前外部猜测台积电帮助苹果代工生产的8000万片5nm制程的A14处理器，现在尚未正式开工。需要指出的是，除了苹果之外，华为也是台积电7nm、5nm制程的大客户。 或许正是基于此，台积电最终还是宣布了9月14日后，停止给华为供货的消息。刘德音说，华为可能需要通过第三方芯片企业来购置其智能手机需要的芯片。 表面看起来，断供华为对台积电几乎没有影响。
我们手机屏幕基本都是采用oled技术，要让oled显示出我们需要的图像，是需要一颗显示驱动芯片（DDIC）来进行控制的。 在oled芯片领域，目前主要是韩国，中国台湾所把持。 oled芯片技术门槛不算太高，行业门槛主要在于市场容量有限，竞争激烈，利润有限。既然有几家巨头了，后进入的公司就很难拿到较高的利润。这也限制了后来的公司的规模，以及其他企业进入该行业的意愿。 据统计，2020年，我国的芯片进口额为2.4万亿元，其中最主要的部分并不是5nm，7nm这样的最先进工艺，而是28nm及其以上的成熟工艺。 其中像屏幕驱动芯片这样的规模不大，不起眼的数模混合芯片占了很多的比例。 成熟工艺生产的突破，将会极大地加速芯片国产替代进程。芯片的国产替代又会反哺芯片的生产，形成正向反馈。 话说回来，成熟工艺突破了，先进工艺还会远吗？
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。 2nm市场，台积电三星「剑拔弩张」，Intel「笑看风云」 台积电和三星电子的技术转变其实是给GAA正名：GAA确实是之后芯片的发展趋势。 台积电和三星在芯片制程上的方向是类似的。 手机游戏与软件的发展对手机性能的要求逐步提高，如果华为不关注芯片制程和性能，那么未来发展将会受到局限。 ? 除了华为，中芯国际的压力也陡然增大。
10月18日消息，目前全球缺芯问题仍在持续，全球晶圆制造商都在积极的提升产能，晶圆代工龙头台积电已宣布在未来3年内投资1000亿美元加速生产。 台积电技术处长陈锵泽（Tony Chen）告诉CNBC：“这里是要盖一座5nm晶圆厂。实际上，这是我们在台湾晶圆厂的翻版。” 据介绍，这座厂将从2024年起开始生产5nm芯片，月产量2万片晶圆。 虽然美国是先进芯片的诞生地，但数十年来美国芯片制造的市占率已经输给亚洲。 根据国际半导体产业协会（SEMI），2020年全球芯片生产量亚洲占了79%。美国去年仅占全球芯片生产的12%，而在1990年美国的这一份额曾高达37%。 根据凯投宏观公司（Capital Economics）的数据，在最新款iPhone、超级电脑或自动驾驶汽车人工智慧（AI）使用的最先进芯片产量方面，台积电占比高达92%，韩国的三星（Samsung）则占其余的
3月1日消息，据台湾媒体报道，业界人士透露，台积电先前启动的涨价机制在2021年第4季之后开始完整反应，不少客户已积极在去年抢先预订产能。 业界认为，苹果居台积电最大客户，主要是一条龙设计发展之下，包含基带芯片与射频（RF）芯片等需求稳定增加。 根据估计，今年台积电来自苹果相关营收占比仍将超过25%以上，以5nm与7nm为最大宗，当中包含5nm家族的4nm苹果M2芯片快速放量，以及下半年有望率先采3nm制程的M2 Pro、M2 Max芯片推向市场 台积电去年第二大客户是AMD，今年2月AMD已经完成收购赛灵思，业界预料后续投片生产只增不减，除了先前已定下的出货30%高成长目标，也仰赖台积电稳定生产支援，因此积极找台积电包产能确保后续出货无虞。 最受关注的英特尔订单方面，估计台积电去年来自英特尔营收约7.2%，居台积电第六大客户，今年英特尔仍以归属7nm家族的6nm GPU相关芯片代工订单用量最大，但排名将下滑至第七。 编辑：芯智讯-浪客剑
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