一、28nm工藝:元老級制程的終結者
28奈米晶體管制程的推出,標誌著半導體工藝進入了一個嶄新的發展階段。在此之前,我們習慣用柵極長度來表示芯片工藝的代數,比如45nm、65nm工藝等。柵極指的是晶體管中負責開關電流的那一部份,其長度縮短意味著可以在芯片上整合更多的晶體管,達到提高效能和降低成本的目的。
按照慣例,從一代工藝到下一代,柵極長度要縮短30%左右。所以90nm到45nm再到32nm,都是正常的技術演進軌跡。然而當制程步入28nm時,柵極很難再按以往的方式繼續縮短下去了。這是因為各種物理效應的疊加,例如閾值電壓的下降、漏電流的增加等,使得僅僅縮短柵極長度難以繼續發揮作用。
於是,從28nm工藝開始,半導體制造進入了一個新的發展階段。我們再也不能簡單用柵極長度來表示新工藝的先進性了。取而代之的是,各大晶圓廠透過架構設計、新材料、創新技術等手段,在效能、功耗和芯片面積等多個維度進行全面最佳化和改進,最終轉化為一個所謂的「等效制程」,來和老工藝形成對比和區分。
所以說,28nm是一個分水嶺。它終結了那種依靠單一指標判斷制程的老方法,開啟了一個需要從多維度衡量工藝水平的新時代。
二、10nm不如7nm?等效法下的工藝演進
在28nm之後,我們常看到一些奇怪的名稱,比如20nm、16nm、10nm等工藝代數。但實際上,這些數位後面的晶體管柵極早已無法真實對應這些數值。為什麽還要這麽命名呢?
這就涉及到「等效制程」的概念。簡單說,如果一種新的工藝制程相比老工藝,在芯片速度、功耗、成本等關鍵指標上有明顯改進,即效能提高30%以上,那麽就可以將其稱為一個新的制程代數,如「10nm」。哪怕實際柵長並沒有按傳統理解上的10nm。
這就是我們常說的,不再以晶體管設計規則來劃分工藝,而是以綜合效能表現來判斷的「等效法」。在這個思路下,即便是相同工藝制程,也分成先進和不先進之分。比如大家都明白,三星或台積電的7nm工藝要比它們自己或別的晶圓廠的10nm工藝更先進,盡管它們名義上差距只有3nm。其芯片整體效能有質的flies。
之所以這麽做,是因為光憑柵長根本無法反映不同工藝的區別。比如三星和台積電的7nm工藝采用的是EUV光刻技術,這是其10nm工藝所沒有的,帶來了很大的制程優勢。又例如相同柵長的Intel 10nm工藝就明顯比台積電的差很多。
所以我們不能再用老辦法衡量工藝了。現在的工藝差異主要體現在架構創新、新材料套用、先進制程等方面。這需要從整體上判斷。只有提升了整個制程鏈條,才能呈現出新工藝帶來的重大效能改進。
三、3nm芯片依然證明技術不斷推進
當前最先進的芯片工藝已經步入3nm時代。台積電和三星都宣布量產3nm工藝的芯片。這是否也屬於所謂的「制程騙局」?
顯然不是。即便采用多種技術手段進行等效制程,從5nm到3nm的演進也決非輕而易舉。光刻機、精細化學、材料科學、裝備自動化,任何一環節出問題都會導致產量難以提升。所以在各項核心技術不斷突破下,3nm芯片的成功量產是當前半導體工藝水平的證明。
就拿EUV光刻而言,不同代數之間也存在巨大差異。從7nm到5nm再到3nm,光源功率不斷提高,覆蓋關鍵層數也在增多。這依然需要持續攻關和改進。此外材料套用也在不斷升級,從鈷配線到鈷+鈦,再到雙金屬堆疊,每一次飛躍都意味著工藝難度的大幅提高。別看數位變化不大,每前進一代都異常艱難。
所以說3nm工藝的問世決不是制程騙局。相反,它是制程能力不斷深化,各關鍵環節持續進步的結果。這其中蘊含了巨大的技術積累與創新成果。台積電和三星有資格為此感到自豪。
四、中國仍有差距 丟幻想準備奮戰
有人認為,在制程進入瓶頸期後,中國會很快趕上台積電和三星,實屬幻想。因為不管工藝代數怎麽塑造,其中的核心技術如何進步是關鍵。中國在這方面與業界龍頭依然存在差距。
這種差距體現在工藝裝置水平、材料技術、產業鏈協作等多個層面。舉例來說,中國光刻機離開發7nm制程還有一定距離,關鍵材料也面臨著長期依賴進口的困局,這都制約著中國芯片制造業的發展。
當然,在某些細分領域或量產規模較小的芯片制造中,這種差距會小一些。但論及高端制造和產業化,中國企業還需艱苦努力。近年雖然國產工藝在28nm和14nm上有所突破,但距離全面趕超還任重道遠。
所以我們不能存有幻想,認為工藝進入所謂「制程騙局」後就可以輕松趕超。相反,中國更需要在裝置、人才、資金等方面持續發力,爭取盡快縮小差距,實作關鍵技術的自主可控。這需要付出苦戰的代價,但終會迎來勝利的曙光。
五、結語
綜上所述,28nm之後的芯片工藝並沒有進入騙局,各大廠商透過新技術和新材料的套用,始終在維持芯片效能和功能的穩步提升。中國在追趕的過程中,不能輕信謠言,應明辨是非,正確認識工藝發展的客觀規律。
我們不能因為工藝代數的變化迷失方向,而應關註工藝本質,在裝置、材料、人才等方面持之以恒,爭取盡快達到世界先進水平。同時,也要註意結合自身實際,在一些細分領域積累經驗,逐步取得突破。
中國芯片產業發展還任重而道遠。但過去10年的奮鬥已讓我們積累了寶貴經驗和信心。透過頂層設計、產學研深度協作、重點布局、政產學融合,我們正在朝著建設自主可控的芯片產業目標穩紮穩打。
在這條道路上,沒有任何捷徑可走。我們必須丟掉幻想,做好充分準備,以飽滿的精神狀態和一往無前的勇氣,迎接新的挑戰。同心並進,敢教日月換新天。我堅信,中國芯片夢幻一定能夠實作!
