三星|摩尔定律失效了?三星、台积电会说,它还?好得?很, 1nm已经看见希望


三星|摩尔定律失效了?三星、台积电会说,它还?好得?很, 1nm已经看见希望

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三星|摩尔定律失效了?三星、台积电会说,它还?好得?很, 1nm已经看见希望

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三星|摩尔定律失效了?三星、台积电会说,它还?好得?很, 1nm已经看见希望

摩尔定律真的失效了吗?世界顶尖的晶圆制造商会说 , 没有 。
【三星|摩尔定律失效了?三星、台积电会说,它还?好得?很, 1nm已经看见希望】圈个有用 , 摩尔定律本身并不是一个定律 , 而是一个概念 , 它指的是 , 集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍 。 这是行业内人士的经验之谈 , 并非像牛顿一样坚不可破的定律 。
目前 , 基于5nm/4nm工艺的芯片已经进入大批量的实际使用阶段 , 我们用的iPhone 13、最新安卓旗舰手机以及华为P50手机 , 搭载的SoC代表了人类最高水平的大规模集成电路制造工艺 。
台积电宣布3nm制程工艺将在2022年年底量产 , 三星宣布将在3nm节点启用全新的GAAFET 。
等等 , 什么是GAAFET?
所谓GAAFET , 被称作环绕式栅极晶体管 , 这就是GAAFET的结构 。
看不懂?好 , 我们借着韩国三星半导体的视频从头开始 。

这一个再普通不过的晶体管 , 世界上绝大部分芯片的晶体管都长这样 , 电流从前方的源极流向后方的漏极 ,而上方紫色的部分就是栅极 , 也就门Gate , 这就是我们今天要重点研究的对象 。
栅极就是一个闸门 , 我们通过在栅极上施加电压来控制晶体管的电流状态 。
施加电压 , 开 , 不施加电压 , 关闭 , 这种原理叫做场效应 。

在上个世纪 , 人类制造的所有芯片的晶体管都采用了这种结构 , 栅极的厚度也就是芯片的制程工艺 。
但是 , 即将迈入21世纪之时 , 人们发现这种晶体管不管用了 , 只要栅极的厚度低于28nm之后 , 控制电流的能力急剧下降 , 无论有没有电压施加在栅极上 , 电流都可以大摇大摆地通过 。
其实在这之前 , 人类就已经经历过了各种各样的困难了 , 不过之前从来没想到从结构下手 , 通过改良工艺和材料解决了 , 不过到了28nm , 不得不对结构下手了 。
随后 , 美国加州大学华人教授胡正明发现 , 只要改变源极和漏极的形状 , 增加这两个极和栅极的接触面积 , 栅极的电流控制能力就会变强 。
于是 , FinFET诞生了 。

FinFET被视为人类挑战尖端芯片制造的重大胜利 , 是延续“摩尔定律”的关键里程碑 。
英特尔一骑绝尘 , 2012年率先在22nm节点导入FinFET相关技术 , 打造了英特尔4代酷睿 , 如今的第12代酷睿 , 依然使用的也是FinFET 。
目前 , 英特尔还没有摸到FinFET结构的天花板 , 13代酷睿乃至14代酷睿依旧可以使用FinFET工艺 。
但是 , 台积电和三星已经摸到了 , 这就是接下来要说的GAAFET 。
GAAFET进一步增加了源极、漏极与栅极的接触面积 , 增强了栅极的控制能力 。
这玩意儿哪里都好 , 但唯一的缺点就是难造 。
这是GAAFET和FinFET对应的显微镜下的照片 , 相信各位观众老爷们也能看得出来 , GAAFET比FinFET要难造得多 。

在未来3~5年内 , GAAFET就是台积电和三星的关键争夺点 , 在3nm/2nm制程工艺节点上 , 谁能确保GAAFET的良率 , 谁就能拿下更多的市场份额 。
一个看起来不是那么好的消息是 , 每一代新结构的使用时间越来越短 , FinFET使用了将近10年之后 , 才出现GAAFET , 但是GAAFET还未实现量产的时候 , 半导体行业已经在开发下一代晶体管结构 。
目前看来 , 如今的GAAFET只能支撑1nm制程工艺 , 那么1nm以后又该咋办呢?
不过就在12月11日 , IBM和三星额公布了全新晶体管技术 , 垂直晶体管 , 把晶体管竖着造 。

蓝色源极在下 , 红色的漏极在上 , 左右土黄色的是门 , 也就是栅极 。
这种设计能增加晶体管数量堆叠密度 , 并且让运算速度提升两倍 , 同时通过让电流以垂直方式流通 。
IBM和三星说 , 采用垂直晶体管造出来的芯片 , 可以支持手机一个星期只充一次电 , 或者支持某些能源密集型的任务 , 包括加密工作 , 嗯?4K 120帧跑《原神》?手机挖矿指日可待?
另外 , 台积电也宣布 , 通过铋金属特性突破 1nm 制程生产极限 , 让制程技术下探至 1nm 以下 。