12月3日日經(jīng)報道稱，比利時微電子研究中心（IMEC）發(fā)表了研究成果和今后的發(fā)展計劃。IMEC表示，1nm制程2027年就可實用化，更進一步的0．7nm則預計將在2029年后量產(chǎn)。語驚四座，摩爾定律被打了一劑強心針。

近幾年來，“摩爾定律已死”的派系不斷壯大，而素有“全球半導體產(chǎn)業(yè)背后頭腦”的IMEC仍堅持維護摩爾定律。該機構(gòu)一直通過小型化工藝來提高集成度，這個來自比利時的研究機構(gòu)聲稱， “摩爾定律”誕生起已經(jīng)超過了50年。未來，由于新器件結(jié)構(gòu)和新材料的引入、芯片中的晶體管堆疊、芯片堆疊的三維封裝等科技的進步，摩爾定律仍將繼續(xù)。

IMEC的理論基礎(chǔ)

新材料與新器件

英特爾將制程理論發(fā)展到埃米時代， 2024年繼續(xù)沿用2nm的叫法，而2025將使用18埃的“Intel 2”叫法，這套完全采用英特爾主觀視角的新命名體系——Intel7，Intel4，Intel3，Intel 20 ?，Intel18 ?，成為英特爾回應制程追求數(shù)字化與生產(chǎn)延期的平衡之舉。

IMEC借鑒了英特爾的想法，符號不代表其物理長度，IMEC將制程演進想法做成了自己的邏輯期間路線圖industry timeline。

據(jù)相關(guān)消息，IMEC已經(jīng)開始開發(fā)工藝和材料，以實現(xiàn)設(shè)備小型化到 1 nm 或更小。

晶體堆疊

目前的主流邏輯器件中，晶體管堆疊多使用FinFET結(jié)構(gòu)。而隨著制程走向尖精，GAA（Gate－All－Around）納米片疊層結(jié)構(gòu)已經(jīng)被公認是下一代堆疊方法，英特爾和臺積電已經(jīng)開始就2nm GAA技術(shù)展開研究。三星還宣布從3nm就開始采用GAA納米片層壓結(jié)構(gòu)，力求領(lǐng)先對手一步。

在1nm制程中，IMEC 表示試圖通過采用 CFET結(jié)構(gòu)來構(gòu)建 CMOS。比1 nm （10 ?）更小的節(jié)點處，IMEC計劃采用“原子通道（Atomic Channel）”，該通道使用厚度為一到幾個原子層的二維材料形成通道。

芯片3D封裝

通過采用堆疊半導體芯片和晶體的3D安裝，可以進一步增加安裝的晶體管數(shù)量。

3D堆疊技術(shù)已經(jīng)被多個大廠都摸索了一遍，2018年4月，美國加州圣塔克拉拉（Santa Clara）第二十四屆年度技術(shù)研討會上，臺積電首度對外界公布創(chuàng)新的系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）多芯片3D堆疊技術(shù)。

今年6月的Computex大會上，蘇姿豐展示了Ryzen 5000系列處理器打造的實驗芯片，由AMD和臺積電共同打造，使用了最新的3D堆疊技術(shù)。在現(xiàn)有的Zen 3架構(gòu)銳龍5000處理器的CCD上再封進了一個64MB的7nm SRAM，把每個CCD的L3緩存容量從32MB增加到96MB，容量變成原來的三倍。

Intel也在3D堆疊上尋找新的機會，2018年英特爾推出其業(yè)界首創(chuàng)的3D邏輯芯片封裝技術(shù)——Foveros，在邏輯芯片上堆疊邏輯芯片。

跟不上技術(shù)的市場

IMEC的“1nm之下”只是大廠們比誰“更卷”的一個縮影。

9月20日，英特爾在一次直播中公布公司的戰(zhàn)略，并推出了到2025年的修訂產(chǎn)品路線圖。據(jù)其表示，英特爾目標是在2023年向客戶提供7nm硬件，然后在2024年向客戶提供低于1nm的硬件。未來幾年內(nèi)， 英特爾想要客服克服持續(xù)的產(chǎn)品延遲并回到正軌，重奪高地。

英特爾的10nm AlderLake將被更換為 “Intel 7”的工藝節(jié)點。根據(jù)資料，英特爾的10nm工藝與臺積電等公司的7nm工藝相當，而納米是一個通用單位，因此使用帶有公司色彩的一種制程方案無疑透露了英特爾強大的決心。

臺積電和三星也沒有缺席這場沒有硝煙的戰(zhàn)斗。2019年開始，三星和臺積電這兩家全球頂尖的芯片生產(chǎn)代工企業(yè)，展開“攻破芯片生產(chǎn)最小納米數(shù)”的競爭。

今年5月，IBM突然發(fā)布全球首款2nm芯片，直接攻了代工廠的下路。緊接著，6月2日，在2021年度技術(shù)研討會中，臺積電官方披露了2nm的關(guān)鍵指標。8月，臺積電又傳來新消息，要給2nm使用的生產(chǎn)線Fab20已經(jīng)獲得了中國臺灣當?shù)氐呐鷾?，預計在2023年就能正式開工，并于2024年進入量產(chǎn)階段。目前，臺積電已經(jīng)量產(chǎn)5nm。

三星電子是近幾年來與臺積電一直對壘的唯一公司。2020年三星、臺積電同時實現(xiàn)了5nm，而預計到明年三星、臺積電又會同時實現(xiàn)3nm。但目前，業(yè)界對三星的制程上缺乏信任，這也反映在了兩家的代工份額上，三星只有17％ 左右，而臺積電超過50％。三星的工藝問題在于三星不管在哪一個工藝節(jié)點上，晶體管密度都比臺積電的低，比如三星的3nm，業(yè)界發(fā)現(xiàn)也就和臺積電5nm差不多。目前，又有消息傳出，高通新發(fā)布的驍龍8Gen 1，由三星一家公司代工。有消息稱，由于三星的4nm工藝良品率極低，引發(fā)了高通對于三星的不滿。

一方面，各代工廠互卷，但是另一方面，市場也在考察這樣的爭奪戰(zhàn)是不是在浪費資源。

28nm是傳統(tǒng)意義上制程的分水嶺。根據(jù)ICInsights的數(shù)據(jù)，2021年28nm及以上的成熟工藝，占全球芯片市場的比例還有50％左右，甚至到2024年，28nm及以上的成熟工藝，市場比例還有44％左右。而目前的缺芯潮，以28nm工藝制程最為嚴重，28nm的芯片近年來變得越來越重要，它是許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的

臺積電劉德音曾表示，全球28nm芯片是供大于求，而實際情況完全出乎臺積電的意料，因此，臺積電將南京工廠的28nm芯片產(chǎn)能計劃中的4萬片／月提到10萬／月以上。今年開始，臺積電不斷提高汽車芯片的產(chǎn)能，直到6月底才滿足客戶的最低需求，而其中的芯片主要是28nm產(chǎn)能。

另外，今年中芯國際兩度擴產(chǎn)28nm芯片產(chǎn)能，英特爾宣布投資200億美元建設(shè)晶圓代工廠，主要生產(chǎn)制造10nm以上制程的芯片。全球幾大半導體公司拼命廝殺，都希望自家率先拿下制造工藝布局的制高點。而目前的情況卻是需求市場跟不上，試產(chǎn)到量產(chǎn)的飛躍越來越困難。

技術(shù)進步始終值得尊重

目前，硅晶圓單位面積能容納的電晶體數(shù)目，已將逼近硅的物理極限。近年科學界積極尋找能取代硅的二維材料，挑戰(zhàn)1nm以下的制程。今年5月，中國臺灣大學、臺積電和麻省理工發(fā)現(xiàn)在二維材料上搭配半金屬鉍物質(zhì)（Bi）的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流，它們認為這將成為突破1nm極限的關(guān)鍵技術(shù)。

IMEC在會議上還表示，在2nm工藝中，將使用繼7nm、5nm和3nm之后的第四代EUV光刻，而14?是其延伸。從10?開始，預計將采用NA（High Numerical Aperture，高數(shù)值孔徑技術(shù)）＝ 0．55的高NA EUV光刻，而非NA ＝ 0．33的傳統(tǒng) EUV。IMEC 和 ASML共同開發(fā)該工藝，2023年將從ASML引入第一個高NA原型。在高NA EUV曝光設(shè)備的情況下，IMEC預計2026年才能引入量產(chǎn)線。

現(xiàn)在，業(yè)界已經(jīng)不再唯“Xnm”而論，一方面是因為這個數(shù)字越來越不值得信賴，標準各有差異；另一方面，用數(shù)字來約束科學將使努力無意義，這是一個半導體界走向理性的信號。