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台积电开发1.4纳米工艺,未来发展极限是什么?

如果不考虑成本因素,摩尔定律似乎依然还可以沿着既有的轨道运行,但是如果加入成本的考量,摩尔定律就不是何时终结的问题,而是早已终结了很多年。因此,只有存在一个足够大到能养活先进工艺芯片的市场,才是这场半导体先进工艺争夺战的根本意义所在。

www.eet-china.com, May. 23, 2022 – 

近几年,“摩尔定律面临失效危机”的声音不绝于耳。根本原因在于随着芯片设计及工艺越来越小,芯片制造工艺不断接近物理极限和工程极限,芯片性能提升也逐步放缓,且成本不断上升。然而,近日,芯片代工龙头台积电宣布开始开发1.4纳米工艺之后,引发了业界对先进芯片工艺技术的质疑。从另外一个层面来看,这在一定程度上也是台积电对三星宣称在2025年量产2纳米工艺技术的回应。

面对业界的质疑声,目前以台积电、三星等为代表的芯片代工厂商似乎仍在努力突破极限,为摩尔定律“续命”。预计,相对IBM以通过改进结构实现2纳米试产,台积电的1.4纳米工艺技术预计还将利用联合台大、麻省理工共同研发出的一种新型半导体材料——半金属铋,以采用新材料的方法改进互联接触点,来实现先进芯片工艺技术的突破。那么,随着技术工艺无限接近硅晶体管的物理极限,未来芯片的发展极限是什么呢?

当前,以5G、AI、元宇宙等为代表的新兴科技产业快速崛起,对低功耗、小尺寸、异质整合及超高运算速度的芯片架构技术提出了更高的要求,也成为芯片巨头决胜的重要手段。然而,刚刚跨过5纳米技术节点,台积电、三星、英特尔又在3纳米及以下展开了新的先进工艺竞赛。

实际上,自英特尔于2012年在22纳米芯片引入创新立体架构的“鳍式晶体管”(FinFET)之后,全球半导体业者都在此基础上进行研发更先进的芯片。目前最先进的5纳米工艺也是采用FinFET 架构来制作。而台积电在FinFET 技术架构上拔得头筹,于2020年成功投入量产。不过,随着技术工艺微缩至3纳米时,FinFET从架构上已很难满足要求,因为会产生电流控制漏电的物理极限问题。

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