2nm爭(zhēng)鋒，巨頭紛紛出招

三星2nm技術(shù)路線圖公布

三星官方于6月27號(hào)的時(shí)候，在SFF 2023上公布了最新工藝技術(shù)的線路圖，顯示三星將計(jì)劃在2025年的時(shí)候推出2nm的SF2工藝，在2027年的時(shí)候推出1.4nm的SF1.4工藝。

三星SF2工藝相對(duì)于SF3來說在工藝上進(jìn)一步的優(yōu)化了，在三星給出的參數(shù)來說，在相同情況和頻率下，SF2將比SF3性能提升12%，而且能效方面提升25%，并且面積還減少了5%。而根據(jù)官方此前升級(jí)路線，三星更先進(jìn)的1.4nm工藝要到2027年才能投產(chǎn)了。

臺(tái)積電2nm技術(shù)

在去年的代工技術(shù)研討會(huì)上臺(tái)積電就披露了其下一代 N2 2nm 節(jié)點(diǎn)的早期細(xì)節(jié)，包括將改用納米片晶體管架構(gòu)，其中幾個(gè)堆疊的硅層完全被晶體管柵極材料包圍，而不是當(dāng)前的 FinFET 設(shè)計(jì)，與當(dāng)前 FinFET 晶體管相比，GAAFET 的優(yōu)勢(shì)包括降低漏電流（因?yàn)闁艠O位于溝道的所有四個(gè)側(cè)面），以及調(diào)整溝道寬度以獲得更高性能或更低功耗的能力。

根據(jù)此前獲得的消息，2023北美技術(shù)研討會(huì)上臺(tái)積電表示其2nm芯片制程研發(fā)進(jìn)度超出預(yù)期，如果一切順利，臺(tái)積電將在2025年開始量產(chǎn)2nm產(chǎn)品。臺(tái)積電2nm將首次采用全新環(huán)繞閘極（GAA）電晶體架構(gòu)，并為高速運(yùn)算（HPC）產(chǎn)品量身打造背面電軌設(shè)計(jì)，整體效能較前代將有大幅提升，近日曝光的市場(chǎng)代工報(bào)價(jià)將近2.5萬(wàn)美元。

不僅僅這兩家大廠在并驅(qū)爭(zhēng)先，國(guó)際市場(chǎng)上多家企業(yè)早已暗中發(fā)力。

英特爾對(duì)2nm寄以厚望

自2021年初帕特·基辛格出任CEO，英特爾提出了包括Intel 7、4、3、20A、18A在內(nèi)的五大先進(jìn)制程路線圖。2022年，有消息稱基于Intel 20A工藝的Arrow Lake已經(jīng)有內(nèi)測(cè)芯片流片，2023年3月中國(guó)臺(tái)灣媒體表示，英特爾全球高級(jí)副總裁兼中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)王銳透露，Intel20A（業(yè)界的2納米制程）和Intel 18A（相當(dāng)于1.8納米制程）已經(jīng)流片，將在2024年下半年同期量產(chǎn)2nm與1.8nm工藝芯片。

他們對(duì)2nm（Intel 20A）工藝寄以厚望，希望在這個(gè)工藝上追平三星和臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。英特爾聲稱，如果正確執(zhí)行 IFS 和 IDM 2.0 路線圖，Intel 18A 代工節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在技術(shù)上和上市時(shí)間上擊敗臺(tái)積電 2 納米級(jí)節(jié)點(diǎn)。

Rapidus緊追其后

上半年消息，日本通過與IBM的許可協(xié)議，在2納米芯片制造技術(shù)上正在迎頭趕上。日本的新型半導(dǎo)體制造商Rapidus將獲得2納米芯片工藝節(jié)點(diǎn)的全環(huán)柵（GAA）技術(shù)，并作為技術(shù)轉(zhuǎn)讓計(jì)劃的一部分，該公司將于今年夏季派遣100名工程師前往IBM。Rapidus的第一批工程師已于今年4月被派往IBM。GAA技術(shù)已成為2納米工藝節(jié)點(diǎn)的選擇技術(shù)，它在較小的節(jié)點(diǎn)中將柵極放置在通道的四個(gè)方向，以防止電流泄漏，同時(shí)使芯片電路線寬最小化。IBM將其GAA技術(shù)稱為納米片F(xiàn)ETs。

這家日本制造廠計(jì)劃于2027年開始批量生產(chǎn)2納米芯片，將于2025年4月在北海道千歲市設(shè)立試制生產(chǎn)線。如果其準(zhǔn)備工作取得進(jìn)展，將在紐約和北海道同步推進(jìn)各種開發(fā)。

3nm勢(shì)頭正旺，為何大廠急于投身2nm工藝

2nm節(jié)點(diǎn)可以算作開啟芯片制造的一個(gè)新時(shí)代，誰(shuí)家技術(shù)好，自然吸引來的客戶就多。

這里不得不提2nm工藝的夸張——照臺(tái)積電的說法，要在指甲蓋大?。?00mm2）的芯片上安裝490億個(gè)晶體管。在2nm節(jié)點(diǎn)，集成電路的線寬接近電子波長(zhǎng)，精細(xì)程度幾乎達(dá)到了原子級(jí)別，理論上量子隧穿效應(yīng)已經(jīng)來到物理極限。在這種情況下，電子很容易通過隧穿效應(yīng)穿透絕緣層，使器件無法正常工作。這在納米工藝制程發(fā)展的路徑上也給工藝帶來了不小的挑戰(zhàn)。

簡(jiǎn)單來說，2nm芯片可以應(yīng)用于智能手機(jī)、電腦、自動(dòng)駕駛、數(shù)據(jù)中心、可穿戴等等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域一旦使用上2nm工藝的芯片，那么在性能上將實(shí)現(xiàn)飛躍式的發(fā)展。

智能手機(jī)性能大幅提升，待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)，速度更快。自動(dòng)駕駛方面，強(qiáng)大的算力讓AI更強(qiáng)大，使用上2nm芯片后，自動(dòng)駕駛起步、倒車、入庫(kù)一氣呵成。

但優(yōu)越性能的前提是成熟穩(wěn)定的工藝以及量產(chǎn)的良率問題，這將是橫跨在各家大廠面前急需解決的一個(gè)首要問題，其中涉及到半導(dǎo)體材料、光刻、晶體管技術(shù)、芯片制造等等一系列技術(shù)難題。

在代工市場(chǎng)，技術(shù)正在從高 k 金屬柵極平面 FET 發(fā)展到 FinFET 再到 MBCFET 和現(xiàn)在的 BSPDN（背面供電）。

2nm芯片研發(fā)成功，性能翻倍，功耗大幅下降，但距離穩(wěn)定量產(chǎn)還有一段距離，各大企業(yè)紛紛加大研發(fā)及產(chǎn)能投入，只看誰(shuí)能在2nm的賽道上拔得頭籌。