节点|2nm芯片应该怎么造？台积电给出“终极答案”( 二 )

但无论是哪种方案，理论上都是为了更好地控制电流，让先进制程成为现实。

文章插图

图 | GAA工艺下，工作电压变化

万事俱备，只欠金钱？
虽然这些技术都在实验室实现了，但是距离量产还有数不清的困难。
其中最大的障碍是：钱。
研究机构Semiengingeering曾统计了不同工艺下芯片所需费用，其中28nm节点要5130万美元投入，16nm节点需要1亿美元，7nm节点需要2.97亿美元，5nm节点需要5.42亿美元。

文章插图

图 | 芯片流片的成本图
到了3nm工艺，价格直接翻到了10亿美元，更先进的2nm工艺又该花费多少呢？
摆在芯片代工厂面前的不止有物理上的摩尔定律，不为人知的摩尔第二定律也开始凸显出来：“新晶圆厂的成本每四年翻一番”。
按照台积电的说法，新建5nm工厂将需要至少投资300亿美元，就以美国凤凰城5nm工厂为例，在政府巨额补贴下，台积电仍需投资120亿美元，只要靠海运降低成本，后续依然需要不小开支。

文章插图

当然，烧钱的不只是技术突破和建厂，建造2nm的配套设施同样价格不菲，比如光刻机、刻蚀机等等。
目前来说，GAA工艺要求EUV光刻机的配合，但是目前EUV光刻机还不够成熟，芯片产能和速度都不够快，因此只能做到每小时90片晶圆，但业内期望速度至少每小时125片，那么只能依靠其他工艺或是购入更多EUV光刻机，但一台EUV光刻机的价格高达1.5亿欧元，而且不是有钱就能买到的。
所以除了三星、台积电和英特尔三家厂商以外，其他厂商已经很难承受先进制程下的高额成本。

文章插图

2nm何时能走出实验室？
此前，IBM曾宣布率先制造出2nm芯片，但业内人士表示“这就是在忽悠”，从设计上看依然是5nm工艺水平，只不过在命名上玩了“文字游戏”。
后来IBM解释道，他们的“2纳米”依然沿用Planar工艺的命名方式，实际上比台积电的7nm工艺有大约50%的提升，远远达不到2nm芯片的要求。

文章插图

从这个小插曲就可以看出来，虽然在理论和实验室得到了验证，但2nm芯片的商业化依然离我们有些遥远。

文章插图

除了钱以外，2nm工艺自身依然存在很多现实问题需要解决。
一方面是新材料，传统的硅材料是否还能坚持到2nm节点呢？
最新消息，全球顶级半导体科学家在今年的IEEE国际芯片导线技术会议上将导电性、导热性更好的石墨烯定为2nm及以下制程工艺芯片的关键材料，但事实上，碳基芯片同样需要解决成本问题。
另一方面则回到商业化的问题，芯片设计商们是否跟得上台积电和三星的节奏呢？
目前，高通骁龙和联发科虽然紧跟最新技术，但在功耗控制上并不尽如人意；而苹果芯片又受台积电良品率限制，只能暂缓了新芯片的研发进度；三星自家芯片又体量过小，很难产生影响力。

文章插图

据悉，台积电会对3nm制程量产中的问题进行改良，引入增强的N3E制程，这将成为2nm节点前的过渡工艺，这或许能让芯片设计商和手机厂商有足够的时间进行打磨。