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2nm争锋,巨头纷纷出招

2023/06/30
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三星2nm技术路线图公布

三星官方于6月27号的时候,在SFF 2023上公布了最新工艺技术的线路图,显示三星将计划在2025年的时候推出2nm的SF2工艺,在2027年的时候推出1.4nm的SF1.4工艺。

三星SF2工艺相对于SF3来说在工艺上进一步的优化了,在三星给出的参数来说,在相同情况和频率下,SF2将比SF3性能提升12%,而且能效方面提升25%,并且面积还减少了5%。而根据官方此前升级路线,三星更先进的1.4nm工艺要到2027年才能投产了。

台积电2nm技术

在去年的代工技术研讨会上台积电就披露了其下一代 N2 2nm 节点的早期细节,包括将改用纳米片晶体管架构,其中几个堆叠的硅层完全被晶体管栅极材料包围,而不是当前的 FinFET 设计,与当前 FinFET 晶体管相比,GAAFET 的优势包括降低漏电流(因为栅极位于沟道的所有四个侧面),以及调整沟道宽度以获得更高性能或更低功耗的能力。

根据此前获得的消息,2023北美技术研讨会上台积电表示其2nm芯片制程研发进度超出预期,如果一切顺利,台积电将在2025年开始量产2nm产品。台积电2nm将首次采用全新环绕闸极(GAA)电晶体架构,并为高速运算(HPC)产品量身打造背面电轨设计,整体效能较前代将有大幅提升,近日曝光的市场代工报价将近2.5万美元。

不仅仅这两家大厂在并驱争先,国际市场上多家企业早已暗中发力。

英特尔对2nm寄以厚望

自2021年初帕特·基辛格出任CEO,英特尔提出了包括Intel 7、4、3、20A、18A在内的五大先进制程路线图。2022年,有消息称基于Intel 20A工艺的Arrow Lake已经有内测芯片流片,2023年3月中国台湾媒体表示,英特尔全球高级副总裁兼中国区董事长王锐透露,Intel20A(业界的2纳米制程)和Intel 18A(相当于1.8纳米制程)已经流片,将在2024年下半年同期量产2nm与1.8nm工艺芯片。

他们对2nm(Intel 20A)工艺寄以厚望,希望在这个工艺上追平三星和台积电等竞争对手。英特尔声称,如果正确执行 IFS 和 IDM 2.0 路线图,Intel 18A 代工节点应该在技术上和上市时间上击败台积电 2 纳米级节点。

Rapidus紧追其后

上半年消息,日本通过与IBM的许可协议,在2纳米芯片制造技术上正在迎头赶上。日本的新型半导体制造商Rapidus将获得2纳米芯片工艺节点的全环栅(GAA)技术,并作为技术转让计划的一部分,该公司将于今年夏季派遣100名工程师前往IBM。Rapidus的第一批工程师已于今年4月被派往IBM。GAA技术已成为2纳米工艺节点的选择技术,它在较小的节点中将栅极放置在通道的四个方向,以防止电流泄漏,同时使芯片电路线宽最小化。IBM将其GAA技术称为纳米片FETs。

这家日本制造厂计划于2027年开始批量生产2纳米芯片,将于2025年4月在北海道千岁市设立试制生产线。如果其准备工作取得进展,将在纽约和北海道同步推进各种开发。

3nm势头正旺,为何大厂急于投身2nm工艺

2nm节点可以算作开启芯片制造的一个新时代,谁家技术好,自然吸引来的客户就多。

这里不得不提2nm工艺的夸张——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。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。在这种情况下,电子很容易通过隧穿效应穿透绝缘层,使器件无法正常工作。这在纳米工艺制程发展的路径上也给工艺带来了不小的挑战。

简单来说,2nm芯片可以应用于智能手机、电脑、自动驾驶数据中心、可穿戴等等领域,这些领域一旦使用上2nm工艺的芯片,那么在性能上将实现飞跃式的发展。

智能手机性能大幅提升,待机时间更长,速度更快。自动驾驶方面,强大的算力AI更强大,使用上2nm芯片后,自动驾驶起步、倒车、入库一气呵成。

但优越性能的前提是成熟稳定的工艺以及量产的良率问题,这将是横跨在各家大厂面前急需解决的一个首要问题,其中涉及到半导体材料、光刻、晶体管技术、芯片制造等等一系列技术难题。

在代工市场,技术正在从高 k 金属栅极平面 FET 发展到 FinFET 再到 MBCFET 和现在的 BSPDN(背面供电)。

2nm芯片研发成功,性能翻倍,功耗大幅下降,但距离稳定量产还有一段距离,各大企业纷纷加大研发及产能投入,只看谁能在2nm的赛道上拔得头筹。

 

 

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