按照摩爾定律，每18個(gè)月芯片的晶圓管密度就會(huì)提升1倍，從而性能翻倍。過(guò)去的這幾十年間，芯片制程其實(shí)差不多是按照摩爾定律走的，直到進(jìn)入7nm后，基本上就無(wú)法按照這個(gè)定律走了，比如5nm、3nm的演進(jìn)就慢了很多，所以很多人稱(chēng)現(xiàn)在摩爾定律已死。不過(guò)近日，IMEC(比利時(shí)微電子中心)還是展示了一張最新的芯片制造發(fā)展路線(xiàn)圖，一路看到了2036年的0.2nm工藝，表示接下來(lái)芯片制造還是會(huì)按照摩爾定律走下去。

如下圖所示的這個(gè)演進(jìn)路徑，2022年實(shí)現(xiàn)N3也就是3nm，2024年到2nm，2026年到A14也就是1.4nm，2028年到1nm，并且還會(huì)演進(jìn)，到2036年是直接達(dá)到0.2nm。同時(shí)在晶圓管技術(shù)上，也有技術(shù)演進(jìn)，目前是FinFET，而到2nm時(shí)會(huì)換成GAAFET，再到0.5nm時(shí)，會(huì)換成CFET技術(shù)。

不過(guò)，大家看看我在上圖標(biāo)的綠色框，這里指的是MP金屬柵極距，這是真正代表晶體管密度，也就是工藝指標(biāo)的參數(shù)。它在1nm之前還是在不斷變小的，直到1nm工藝時(shí)，為16nm，但接下來(lái)不管工藝怎么先進(jìn)，其參數(shù)一直處于16-12nm間了。意思就是晶體管密度其實(shí)不再怎么變化了，不管你是1nm，還是0.5nm，或者0.2nm，這個(gè)MP金屬柵極距基本不變了。

事實(shí)上，之前已經(jīng)有科學(xué)家表示，當(dāng)芯片工藝在1nm之后，量子隧穿效應(yīng)有可能會(huì)讓半導(dǎo)體失效，估計(jì)這也是為什么1nm后，這個(gè)MP金屬柵極距不變了，因?yàn)椴豢赡茉僮冃×恕＿@也代表著接下來(lái)工藝究竟是多少nm，它與晶體管密度沒(méi)有太多關(guān)系了，更多的還是數(shù)字游戲了，晶圓廠(chǎng)商們?cè)敢庹f(shuō)多少nm，就是多少nm，與MP金屬柵極距不再有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

臺(tái)積電在芯片制程上不斷向前發(fā)展，7nm、5nm工藝對(duì)臺(tái)積電而言，已經(jīng)成為小兒科，4nm芯片的產(chǎn)能也在不斷提升中。根據(jù)臺(tái)積電方面發(fā)布的消息可知，3nm芯片將會(huì)如期量產(chǎn)，預(yù)計(jì)上市時(shí)間為今年第四季度。

2nm芯片上，臺(tái)積電也是順風(fēng)順?biāo)?，將?huì)在3月份正式對(duì)外公布全新的Nanosheet / Nanowire 的晶體管架構(gòu)，并采用新的材料。

即便是在1nm芯片上，臺(tái)積電也在快速前進(jìn)，有消息稱(chēng)，臺(tái)積電在1nm芯片上已經(jīng)取得了突破。

為此，臺(tái)積電已經(jīng)明確表示，其在中科園區(qū)內(nèi)建設(shè)2nm芯片工廠(chǎng)，占地超100公頃，總投資約在2300億元，另外，1nm芯片工廠(chǎng)也將落戶(hù)在中科園區(qū)內(nèi)。

臺(tái)積電1nm芯片，這次輪到看我們了

都知道，臺(tái)積電已經(jīng)明確表示，其在2nm芯片將會(huì)采用全新的Nanosheet / Nanowire 的晶體管架構(gòu)并采用新的材料。

而1nm芯片是比2nm芯片更先進(jìn)的工藝，在2nm芯片上可以采用二維材料，但在1nm芯片就不太可行了。

因?yàn)榕_(tái)積電與麻省理工學(xué)院一直都在研發(fā)1nm芯片，并且已經(jīng)取得了突破，但在芯片材料上，將會(huì)用到鉍電極的物質(zhì)。

根據(jù)麻省理工發(fā)布的消息可知，二維材料做芯片可以提升性能，但二維材料存在的高電阻、低電流問(wèn)題，成為學(xué)界的一大難點(diǎn)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，其通過(guò)對(duì)鉍電極的物質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)其可以與二維材料進(jìn)行互補(bǔ)，從而才實(shí)現(xiàn)了在1nm芯片上突破。

但鉍是很稀有的材料，全球范圍內(nèi)僅有32萬(wàn)噸的儲(chǔ)備，而其中75%的儲(chǔ)備都在中國(guó)內(nèi)地。

也就是說(shuō)，臺(tái)積電等想要生產(chǎn)制造1nm芯片，就需要用到大量的鉍，這意味臺(tái)積電1nm芯片這次要看我們了。

言外之意，如果我們不提供鉍這種稀少的原材料，臺(tái)積電等1nm芯片可能就無(wú)法生產(chǎn)制造，或者是無(wú)法大量生產(chǎn)，除非其換另外一條研發(fā)路線(xiàn)，但這種可能性非常小。

芯片的發(fā)展一直都很快，不知不覺(jué)就來(lái)到了4nm的工藝節(jié)點(diǎn)，明年的旗艦手機(jī)基本都會(huì)用上4nm工藝的芯片了，不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，很多人都意識(shí)到了摩爾定律正在悄悄逼近天花板，也就是芯片發(fā)展靠吃制程紅利的方式終有一天會(huì)停滯。

芯片發(fā)展過(guò)程中，早就有專(zhuān)業(yè)人士預(yù)言芯片工藝會(huì)停在5nm工藝附近，因?yàn)榈竭_(dá)這個(gè)工藝的時(shí)候就會(huì)發(fā)生量子隧穿，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電子無(wú)法保證能穩(wěn)定在電路里運(yùn)行，很有可能跑出去，而這個(gè)是物理規(guī)則，隨著工藝越小，量子效應(yīng)就越明顯，而當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為是5nm是終點(diǎn)。

不過(guò)很明顯，現(xiàn)在5nm已經(jīng)成功商用量產(chǎn)了，4nm都實(shí)現(xiàn)了，不過(guò)懂行的都知道，現(xiàn)在的各家的工藝其實(shí)都是有水分的，所謂多少納米其實(shí)只是一個(gè)商標(biāo)而已，名字聽(tīng)起來(lái)很先進(jìn)，包括一直老實(shí)的英特爾都已經(jīng)改名字了，但技術(shù)的限制阻止不了人類(lèi)追尋的腳步。

摩爾定律的上限將被再次拉升，1nm或成為現(xiàn)實(shí)，并在不遠(yuǎn)的將來(lái)被成功商用，在IEDM 2021電子大會(huì)上，三星和IBM共同發(fā)布了垂直傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VTFET)，那么這個(gè)技術(shù)有什么用呢?

首先就是可以提高晶體管密度，這可以說(shuō)是芯片技術(shù)得以發(fā)展的根本，此外就是該技術(shù)可以打破1nm工藝的瓶頸，也就是說(shuō)這個(gè)工藝除了可以做到1nm，甚至還能突破1nm的極限，進(jìn)入更微小的埃米時(shí)代，比如0.9nm，看到這里很多人估計(jì)都要直呼不可能了。

畢竟硅原子的直徑大約是0.25nm，而1nm已經(jīng)只相當(dāng)于4個(gè)硅原子了，所以不要說(shuō)量子效應(yīng)了，晶體管能不能做出來(lái)都是一個(gè)問(wèn)題了，這么小的尺寸怎么可能實(shí)現(xiàn)?但畢竟IBM和三星兩大科技公司都這樣說(shuō)了，那么應(yīng)該是問(wèn)題不大，只是應(yīng)用還沒(méi)有那么快而已。

另一方面，臺(tái)積電可能也要面臨巨大的危機(jī)了，在和華為分手之后，臺(tái)積電現(xiàn)在的忠實(shí)大客戶(hù)只有蘋(píng)果一家了，其他客戶(hù)雖然多，但沒(méi)幾個(gè)愿意燒錢(qián)幫助臺(tái)積電在新工藝節(jié)點(diǎn)試產(chǎn)的，而且像英偉達(dá)高通這些都會(huì)在三星和臺(tái)積電之間反復(fù)橫跳，也有消息稱(chēng)，AMD也正在考慮把一部分芯片業(yè)務(wù)交由三星代工，以此來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

畢竟目前為止最先進(jìn)的兩家芯片代工廠(chǎng)，三星和臺(tái)積電，依舊是FinFET工藝，三星可能會(huì)率先在2023年用上GAA工藝，根據(jù)一些技術(shù)參數(shù)，GAA相比FinFET有很多優(yōu)勢(shì)，可以比較出色解決漏電功耗的問(wèn)題，這使得能效最高可以提升50%以上，但從目前的消息來(lái)看臺(tái)積電的3nm依舊會(huì)繼續(xù)打磨FinFET，這就意味著在下一個(gè)3nm節(jié)點(diǎn)，三星或可能會(huì)實(shí)現(xiàn)逆襲。

而現(xiàn)在三星又聯(lián)合IBM，可以說(shuō)是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，雖然IBM這幾年在公眾視野里的出鏡率比較低，但這仍舊是半導(dǎo)體行業(yè)的大佬級(jí)別，這兩家公司合作，臺(tái)積電壓力不小，而三星想取代臺(tái)積電的老大地位已經(jīng)蓄謀已久，并且重點(diǎn)押注3nm節(jié)點(diǎn)，而在芯片代工領(lǐng)域，臺(tái)積電一旦無(wú)法保持第一名，那么就意味著要徹底失敗了。

當(dāng)然很多人有個(gè)問(wèn)題，1nm芯片是不是很省電呢?甚至有消息稱(chēng)可以讓手機(jī)續(xù)航超過(guò)兩個(gè)周，只能說(shuō)這種預(yù)估太過(guò)樂(lè)觀(guān)了，因?yàn)楣に囯m然在進(jìn)步，但是性能也在進(jìn)步，這就是為什么官方年年說(shuō)芯片功耗在降，結(jié)果發(fā)熱和耗電還是很厲害。