摩尔定律不死?1nm制程光刻机完成设计,国内赶超难度太大

英特尔创始人摩尔曾经发表过著名的摩尔定律,其核心内容为“集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能每隔两年翻一倍。”这一说法,在数年前半导体工艺停滞不前时,曾被业内认为已经过时。但随着芯片制程工艺突破到7nm,甚至现在开始向3nm制程进军之际,人们才发现摩尔定律依然有着其意义。

而现在看起来,摩尔定律在未来数年里依然会继续生效。目前芯片制程已经发展到5nm,台积电很有可能在明年会上马5nm+甚至是4nm的生产线,而3nm也预定会在2022年正式量产。这样无论是移动芯片还是其他高端芯片,继续提晶体管以及增加性能是必然的事儿。而更重要的是,现在1nm的光刻机也已经完成设计,将在2022年正式商业化。

在刚刚结束的ITF Japan 2020大会上,比利时半导体公司imec宣布了与荷兰ASML公司合作研发的新一代高分辨率EUV光刻技术(High NA EUV Lithography)的成果,宣称“摩尔定律并不会停下来”。ASML现在的光刻机可以解决5nm芯片的工艺,而3nm、2nm、1nm甚至是1nm以下所需的EUV光刻设备则需要这种合作的新技术成果,预计首款NXE 5000系列高NA EUV光刻机会在2022年底前实现商业化。

据imec公司总裁Luc Van Den Hove指出,该公司与ASML紧密合作,共同开发高分辨率EUV光刻技术并获得突破,甚至制程到达了1nm甚至更小,制程微缩化仍然会继续,摩尔定律并不会停下来。也就是说新的EUV光刻机未来不仅可以支持1nm制程工艺,同时1nm以下的制程,也可以在新的光刻机上实现。

在当前,台积电与三星在7nm制程中使用了NA=0.33的EUV光刻设备,并通过插值的方式实现了5nm制程,但到了2nm或以后就需要使用到更高分辨率的光刻设备,ASML已经完成了高NA EUV光刻技术光刻机的基本设计,型号为NXE 5000系列,其NA=0.55并预计在2022年实现商业化,预期3nm、2nm、1.5nm、1nm甚至低于1nm制程都能完全应对。

至于台积电和三星宣称会在2021年实验性量产3nm芯片,应该是基于目前ASML的EUV光刻机,而不是采用新的NXE 5000系列。在技术方面,台积电和三星应该都有自己方案去解决3nm的制程工艺,不过NEX 5000光刻机出来之后,肯定会遭到台积电和三星的疯抢,因为这样肯定会降低自己未来在芯片制程发展上的难度,而且也能保证自己在量产时的产能和良率。

不过从另一个角度来看,我国本土在芯片制造方面要赶超国外,难度也是越来越大。现在最新的前沿科技,都是集全球科技大成而发展起来的,海外本来在这方面领先幅度就比较大,而且更多科技都是跨国跨公司合作,国内在技术封锁的前提下要自己单干的确很艰难。

按照我国目前的芯片制造技术来看,国产的光刻机制程工艺才停留在28nm,且不知道是否是完全自主化的国产技术。虽然28nm以及14nm的芯片,对于大多数国内非高端产品来说也足够了,但是在高性能设备上,依然是不够看的,比如移动芯片。如果按部就班来的话,完全自主的国内芯片制造,可能要十数年甚至数十年,才能达到海外现在的水平。

所以现在才有人认为,跳出传统芯片制造的格局,在国内发展光芯片从而实现弯道超车。但现实的情况是,海外研究光芯片已有不短的时间,比如Intel很早就开始研发光子芯片,但依然认为光子芯片的技术离商业化还有很远的距离。现在国内很多厂商都在研究光子芯片,甚至华为在武汉的光工厂已经封顶,但是不是能真的弯道超车,或者较早实现光子芯片商业化,还需要时间给我们答案。

但无论如何,至少在这几年里,传统芯片的发展不会停下脚步,手机也好,PC也好,未来在降低功耗的前提下,性能大幅提升,依然是必然的趋势。

本文源自头条号:杰夫视点

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