2022年末|台积电实现了3nm工艺，栅极的发展比摩尔定律发展更快 2022年末

2022年末，台积电实现了3nm工艺，而在半年之前，三星实现了3nm工艺。
那么问题就来了， 3nm工艺究竟代表的是芯片的哪一部分是3nm？估计没有谁能够说清楚，而事实上也是如此，因为与3nm芯片的所有关键指标中，没有一项是3nm 。

文章图片
我们知道芯片是由晶体管组成，晶体管越多，芯片性能越强，因为一个晶体管就是一路电流，代表一个0与1的开关换算。
而一个晶体管里面又含有三个部分，分别是源极（Source ，电流入口）、漏极（Drain-电流的出口）、栅极（Gate-开关）。

文章图片
电流从源极流向漏极，中间要经过栅极，栅极相当于一道门，所以栅极的开关门速度，就代表了这个晶体管的性能，开关门的速度越快，计算就越快，晶体管性能就越强。
而开关门的速度，与栅极的长短有关，栅极越短，电流经过的距离越短，自然速度就越快，这样晶体管的性能也就越强。
所以关键来了，在50年前的时候，芯片界就有了共识，用栅极的宽度，来代表工艺制程的大小，比如150nm工艺，代表的是栅极的宽度是150nm 。

文章图片
后来晶圆厂们就想，既然栅极代表的就是工艺制程，那就是极力的去缩小栅极的宽度，就达到了提升工艺的目标了。
所以有一段时间，栅极的发展突飞猛进，大家纷纷用更好的材料，更高的技术来优先缩小栅极的宽度，栅极的发展比摩尔定律的发展更快。
一个有意思的事情：在晶圆厂们130nm工艺的时候，其实栅极宽度约为70nm ，那时候栅极的发展，实际快于晶体管技术、整体工艺的的发展。
但遵循摩尔定律，大家没有直接用栅极的宽度来命名工艺制程，还是按照摩尔定律来命名工艺，从这里开始栅极与工艺开始脱钩，栅极工艺命名法第一次暂时失效。

文章图片
但后来大家也发现，栅极越短，会带来很多的问题，比如漏电导致功耗上升，还会导致性能不稳定，开关门不受控等等后果，最后影响芯片的整体性能。
所以后来栅极的发展就又慢了下来，最后与工艺制程，摩尔定律基本一致，栅极与工艺又一一对应了。
再后来，栅极的发展，又慢于工艺制程、摩尔定律的发展了，哪怕英特尔推出了FinFET晶体管，将晶体管做成立体的，栅极也落后于摩尔定律了，因为栅极无法持续缩短。
这里栅极与工艺制程又开始脱钩了，不过晶圆厂们，再次用摩尔定律的发展，来命名工艺制程了。栅极工艺命名法第二次暂时失效。

文章图片
台积电研发负责人、技术研究副总经理黄汉森所说的：“现在描述工艺水平的XX纳米说法已经不科学了……制程节点已经变成了一种营销游戏，与科技本身的特性没什么关系了。 ”
这里其实指就是这个意思：现在的多少纳米，代表的并不是栅极的宽度，而是各晶圆厂，按照摩尔定律推算出来的工艺，每次工艺更新是上一代的0.7倍，至于真正是什么工艺，只有晶圆自己知道，也就有了各大晶圆厂，同一工艺，晶体管密度完全不同的情况出现。
最近有媒体报道称，如果真要按照栅级的宽度来命名纳米工艺，那么台积电、三星的3nm工艺，其栅级实际宽度可能在22nm左右，但现在没人用栅级宽度来命名工艺了。