一、28nm工艺:元老级制程的终结者
28纳米晶体管制程的推出,标志着半导体工艺进入了一个崭新的发展阶段。在此之前,我们习惯用栅极长度来表示芯片工艺的代数,比如45nm、65nm工艺等。栅极指的是晶体管中负责开关电流的那一部分,其长度缩短意味着可以在芯片上集成更多的晶体管,达到提高性能和降低成本的目的。
按照惯例,从一代工艺到下一代,栅极长度要缩短30%左右。所以90nm到45nm再到32nm,都是正常的技术演进轨迹。然而当制程步入28nm时,栅极很难再按以往的方式继续缩短下去了。这是因为各种物理效应的叠加,例如阈值电压的下降、漏电流的增加等,使得仅仅缩短栅极长度难以继续发挥作用。
于是,从28nm工艺开始,半导体制造进入了一个新的发展阶段。我们再也不能简单用栅极长度来表示新工艺的先进性了。取而代之的是,各大晶圆厂通过架构设计、新材料、创新技术等手段,在性能、功耗和芯片面积等多个维度进行全面优化和改进,最终转化为一个所谓的「等效制程」,来和老工艺形成对比和区分。
所以说,28nm是一个分水岭。它终结了那种依靠单一指标判断制程的老方法,开启了一个需要从多维度衡量工艺水平的新时代。
二、10nm不如7nm?等效法下的工艺演进
在28nm之后,我们常看到一些奇怪的名称,比如20nm、16nm、10nm等工艺代数。但实际上,这些数字后面的晶体管栅极早已无法真实对应这些数值。为什么还要这么命名呢?
这就涉及到「等效制程」的概念。简单说,如果一种新的工艺制程相比老工艺,在芯片速度、功耗、成本等关键指标上有明显改进,即性能提高30%以上,那么就可以将其称为一个新的制程代数,如「10nm」。哪怕实际栅长并没有按传统理解上的10nm。
这就是我们常说的,不再以晶体管设计规则来划分工艺,而是以综合性能表现来判断的「等效法」。在这个思路下,即便是相同工艺制程,也分成先进和不先进之分。比如大家都明白,三星或台积电的7nm工艺要比它们自己或别的晶圆厂的10nm工艺更先进,尽管它们名义上差距只有3nm。其芯片整体性能有质的flies。
之所以这么做,是因为光凭栅长根本无法反映不同工艺的区别。比如三星和台积电的7nm工艺采用的是EUV光刻技术,这是其10nm工艺所没有的,带来了很大的制程优势。又例如相同栅长的Intel 10nm工艺就明显比台积电的差很多。
所以我们不能再用老办法衡量工艺了。现在的工艺差异主要体现在架构创新、新材料应用、先进制程等方面。这需要从整体上判断。只有提升了整个制程链条,才能呈现出新工艺带来的重大性能改进。
三、3nm芯片依然证明技术不断推进
当前最先进的芯片工艺已经步入3nm时代。台积电和三星都宣布量产3nm工艺的芯片。这是否也属于所谓的「制程骗局」?
显然不是。即便采用多种技术手段进行等效制程,从5nm到3nm的演进也决非轻而易举。光刻机、精细化学、材料科学、装备自动化,任何一环节出问题都会导致产量难以提升。所以在各项核心技术不断突破下,3nm芯片的成功量产是当前半导体工艺水平的证明。
就拿EUV光刻而言,不同代数之间也存在巨大差异。从7nm到5nm再到3nm,光源功率不断提高,覆盖关键层数也在增多。这依然需要持续攻关和改进。此外材料应用也在不断升级,从钴配线到钴+钛,再到双金属堆叠,每一次飞跃都意味着工艺难度的大幅提高。别看数字变化不大,每前进一代都异常艰难。
所以说3nm工艺的问世决不是制程骗局。相反,它是制程能力不断深化,各关键环节持续进步的结果。这其中蕴含了巨大的技术积累与创新成果。台积电和三星有资格为此感到自豪。
四、中国仍有差距 丢幻想准备奋战
有人认为,在制程进入瓶颈期后,中国会很快赶上台积电和三星,实属幻想。因为不管工艺代数怎么塑造,其中的核心技术如何进步是关键。中国在这方面与业界龙头依然存在差距。
这种差距体现在工艺设备水平、材料技术、产业链协作等多个层面。举例来说,中国光刻机离开发7nm制程还有一定距离,关键材料也面临着长期依赖进口的困局,这都制约着中国芯片制造业的发展。
当然,在某些细分领域或量产规模较小的芯片制造中,这种差距会小一些。但论及高端制造和产业化,中国企业还需艰苦努力。近年虽然国产工艺在28nm和14nm上有所突破,但距离全面赶超还任重道远。
所以我们不能存有幻想,认为工艺进入所谓「制程骗局」后就可以轻松赶超。相反,中国更需要在设备、人才、资金等方面持续发力,争取尽快缩小差距,实现关键技术的自主可控。这需要付出苦战的代价,但终会迎来胜利的曙光。
五、结语
综上所述,28nm之后的芯片工艺并没有进入骗局,各大厂商通过新技术和新材料的应用,始终在维持芯片性能和功能的稳步提升。中国在追赶的过程中,不能轻信谣言,应明辨是非,正确认识工艺发展的客观规律。
我们不能因为工艺代数的变化迷失方向,而应关注工艺本质,在设备、材料、人才等方面持之以恒,争取尽快达到世界先进水平。同时,也要注意结合自身实际,在一些细分领域积累经验,逐步取得突破。
中国芯片产业发展还任重而道远。但过去10年的奋斗已让我们积累了宝贵经验和信心。通过顶层设计、产学研深度协作、重点布局、政产学融合,我们正在朝着建设自主可控的芯片产业目标稳扎稳打。
在这条道路上,没有任何捷径可走。我们必须丢掉幻想,做好充分准备,以饱满的精神状态和一往无前的勇气,迎接新的挑战。同心并进,敢教日月换新天。我坚信,中国芯片梦一定能够实现!
