半導(dǎo)體制程不斷微縮，面臨物理極限，當(dāng)下全球2納米芯片先進(jìn)制程之戰(zhàn)的號(hào)角已然吹響。

據(jù)外媒消息，繼臺(tái)積電、三星、英特爾、IBM加碼2納米后，先進(jìn)制程之爭(zhēng)再升級(jí)，日本和美國達(dá)成共識(shí)，稱最早在2025年在日本建立2納米半導(dǎo)體制造基地。

頭部廠商為何對(duì)2納米勢(shì)在必得？

2納米作為3納米之后的下一個(gè)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，對(duì)于技術(shù)革新十分關(guān)鍵。

TrendForce集邦咨詢分析師喬安表示，半導(dǎo)體制程已逐漸逼近物理極限，因此晶體管架構(gòu)的改變、新興材料的應(yīng)用、亦或是封裝技術(shù)的演進(jìn)都會(huì)是芯片持續(xù)提高效能、降低功耗的關(guān)鍵。而業(yè)界認(rèn)為，在新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和新材料的引入上，2納米有望成為新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

首先是結(jié)構(gòu)上，根據(jù)國際器件和系統(tǒng)路線圖（IRDS）的規(guī)劃，在2021～2022年以后，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)將逐步被環(huán)繞式柵極（GAAFET）結(jié)構(gòu)所取代。所謂GAAFET結(jié)構(gòu)，是通過更大的閘極接觸面積提升對(duì)電晶體導(dǎo)電通道的控制能力，從而降低操作電壓、減少漏電流，有效降低芯片運(yùn)算功耗與操作溫度。

從3納米開始，業(yè)界便已顯現(xiàn)出從FinFET結(jié)構(gòu)過渡到GAAFET結(jié)構(gòu)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的跡象，臺(tái)積電方表示，3納米的架構(gòu)將會(huì)沿用FinFET結(jié)構(gòu)，而三星則選擇采用GAAFET結(jié)構(gòu)。

而2納米制程的推進(jìn)，則將這一趨勢(shì)貫徹到底。業(yè)內(nèi)消息透露，臺(tái)積電的2納米工藝也將采用GAAFET架構(gòu)。

隨著芯片制造工藝的精進(jìn)，硅基芯片材料已無法滿足行業(yè)未來進(jìn)一步發(fā)展的需要。2納米制程的制作過程中或?qū)⒁胍恍┬碌牟牧?，其中二維材料（如石墨烯、過渡金屬化合物）和一維材料（如碳納米管）引人關(guān)注。就碳納米管來說，其具有極高的載流子遷移率、非常薄的主體尺寸和優(yōu)良的導(dǎo)熱性?？傮w而言，新材料的引入或許會(huì)給行業(yè)帶來新的變革。

頭部廠商2納米來勢(shì)洶洶

目前2納米賽道各大廠家情況較為膠著，臺(tái)積電一馬當(dāng)先，三星、英特爾、IBM抱團(tuán)緊隨其后。

臺(tái)積電2納米研發(fā)一馬當(dāng)先

臺(tái)積電在2納米研發(fā)上一馬當(dāng)先，2019年，臺(tái)積電便宣布啟動(dòng)2納米工藝的研發(fā)。此前臺(tái)積電曾宣布2022年將支出近300億美元用于2納米、3納米等工藝研發(fā)，并預(yù)計(jì)2納米2024年能實(shí)現(xiàn)2納米試產(chǎn)，2025年全面量產(chǎn)。

而近日臺(tái)積電方面也有好消息傳出，業(yè)界消息顯示，臺(tái)積電在2納米先進(jìn)制程研發(fā)上取得重大突破，已成功找到路徑，將切入GAAFET技術(shù)。

縱向?qū)Ρ阮^部廠商，臺(tái)積電有較大希望率先量產(chǎn)2納米芯片，畢竟臺(tái)積電在先進(jìn)制程上一直處于領(lǐng)先地位，其于2018年推出7納米，2020年推出5納米，今年3納米也即將量產(chǎn)。此外，據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電在2021年第四季前十大晶圓代工業(yè)者中占據(jù)首位寶座，其2021年第四季營收達(dá)157.5億美元，季增5.8%，握有全球超過五成的市占率。

三星率先啟用GAA工藝

在先進(jìn)制程的競(jìng)賽中，三星與臺(tái)積電一直保持“你追我趕”。

今年5月，三星宣布未來5年將投資3600億美元用于半導(dǎo)體和生物制藥等行業(yè)，其中尤其關(guān)注先進(jìn)制程方面。此前三星對(duì)芯片工藝路線圖作出了調(diào)整，將跳過4納米工藝，由5納米直接上升至3納米，并在3納米工藝中率先宣布將使用GAAFET技術(shù)。

具體到時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，2021年10月，三星宣布3納米芯片已經(jīng)開始成功流片，將于2022年上半年開始生產(chǎn)，并表示2納米芯片將于2025年量產(chǎn)，兩款芯片均將采用GAAFET工藝。

最近，三星電子副會(huì)長李在镕開啟了7日歐洲穿梭之旅，據(jù)韓媒報(bào)道，他將與光刻機(jī)巨頭ASML進(jìn)行接洽，爭(zhēng)取EUV光刻機(jī)優(yōu)先供貨。據(jù)悉，3/2納米工藝的實(shí)現(xiàn)高度依賴于ASML的新一代的EUV光刻機(jī)。業(yè)界消息顯示，ASML在2021年出貨的48臺(tái)EUV設(shè)備中，三星和臺(tái)積電分別采購了15臺(tái)和20臺(tái)。

英特爾尋求合作實(shí)現(xiàn)彎道超車

除了大手筆發(fā)展其代工業(yè)務(wù)外，英特爾在先進(jìn)制程上也不甘落后。2021年7月，英特爾公布了最新的技術(shù)路線，并對(duì)重要工藝命名進(jìn)行了修改：10納米技術(shù)改名Intel 7，7納米技術(shù)改為Intel4，5納米技術(shù)改成Intel 3，2納米技術(shù)改成Intel20A。并表示，Intel 3在2023年下半年量產(chǎn)，Intel 20A在2024年量產(chǎn)，Intel18A工藝將于2025年推出。而在2納米節(jié)點(diǎn)時(shí)，英特爾將由FinFET工藝轉(zhuǎn)向其稱為RibbonFET的GAAFET晶體管。

此外，據(jù)外媒消息顯示，英特爾四處尋求合作加強(qiáng)工藝研發(fā)。今年年初以來，已陸續(xù)傳出英特爾將會(huì)尋求和臺(tái)積電、三星、IBM等合作共同研發(fā)2納米工藝。

IBM搶跑2納米制造工藝

IBM是先進(jìn)工藝研發(fā)的佼佼者，它曾率先推出7納米、5納米乃至2納米工藝。2021年5月，IBM發(fā)布了全球首個(gè)2納米制造工藝，并在美國紐約州奧爾巴尼的工廠展示了2納米工藝生產(chǎn)的完整300mm晶圓。

據(jù)外媒此前報(bào)道，IBM已與三星、英特爾簽署了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。不過，該技術(shù)目前仍處在概念驗(yàn)證階段，可能還需幾年才能投入市場(chǎng)。

據(jù)悉，IBM在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)上較強(qiáng)，而在規(guī)模量產(chǎn)上則不具備同等優(yōu)勢(shì)。業(yè)界猜測(cè)，IBM與三星、英特爾等合作，或許是借助三星、英特爾的代工等優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)2納米加速落地。

結(jié)語

目前業(yè)界在先進(jìn)制程的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，全球各頭部企業(yè)3納米制程還未正式量產(chǎn)，2納米制程競(jìng)爭(zhēng)卻已逐漸白熱化。對(duì)于新技術(shù)的熱衷總會(huì)帶來驚喜，此番對(duì)于2納米的追逐是否會(huì)給業(yè)界帶來新的變革呢，我們拭目以待。?