國產(chǎn)芯片如何突破5nm實現(xiàn)更高工藝制程?

清華教授對芯片發(fā)展的概括

半導(dǎo)體集成電路在所有的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，是屬于最基礎(chǔ)也是最核心的一部分。使用的手機、駕駛的汽車、還有日常使用的各種電器都包含芯片。這兩年集成電路領(lǐng)域開始投入比以往更大的生產(chǎn)力量，行業(yè)內(nèi)也一些巨頭企業(yè)也紛紛取得重大突破。

比如芯片制造巨頭臺積電和三星都突破了5nm制程工藝，而國產(chǎn)芯片想要達(dá)到5nm的程度，可能還需要好幾年時間。

看似遙不可及，不過有一位清華教授認(rèn)為，國產(chǎn)芯片想要跨過5nm實現(xiàn)更高工藝制程不是不可能，但要突破3項關(guān)鍵技術(shù)。

在2020年中國（上海）集成電路創(chuàng)新峰會上，清華大學(xué)教授，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長魏少軍帶來了一番演講，發(fā)表了《關(guān)于集成電路創(chuàng)新的一些思考》講話。

魏少軍提到，集成電路的發(fā)展方向概括可以分為：新器件新材料新工藝、微納系統(tǒng)集成、芯片架構(gòu)創(chuàng)新三大技術(shù)領(lǐng)域。

也就是說，在整個的集成電路領(lǐng)域，這三項技術(shù)是關(guān)鍵，也是未來對更高工藝制程的規(guī)劃方向。比如在芯器件的變化上，魏少軍提到了以前認(rèn)為20nm就已經(jīng)達(dá)到了摩爾定律的盡頭，晶體管密度無法更進(jìn)一步。

但是現(xiàn)在有了5nm，大部分企業(yè)對于器件結(jié)構(gòu)選擇的偏好，會影響行業(yè)的發(fā)展。隨著晶體管結(jié)構(gòu)和材料的創(chuàng)新，未來在應(yīng)用GAA技術(shù)以后，解決3nm甚至更小尺寸的半導(dǎo)體工藝將不再是問題。

從芯片器件，材料，新工藝以及微納系統(tǒng)集成，芯片架構(gòu)創(chuàng)新這三個方面來看，清華教授魏少軍對芯片發(fā)展的概括還是較為全面的。早期的認(rèn)知在隨著技術(shù)工藝的突破，將帶來更先進(jìn)的芯片架構(gòu)。

如果國產(chǎn)芯片能夠突破這3項關(guān)鍵技術(shù)，跨過5nm，實現(xiàn)3nm也不是不可能。但問題在于，我們有這方面的實力或者準(zhǔn)備嗎？答案是有。

各項技術(shù)的進(jìn)展

首先是芯片新器件新材料新工藝。在中科院的研究下，已經(jīng)在新材料方面使用石墨烯制成了8英寸石墨烯晶圓。采用石墨烯作為芯片的材料，被定義為碳基芯片。傳統(tǒng)的芯片采用硅作為材料，所以被定義為硅基芯片。

碳基芯片的優(yōu)勢在于對高端光刻機沒有太大的依賴，因為性能是硅基芯片的十倍。哪怕制程工藝稍微弱一點，也能取得更高工藝硅基芯片一樣的效果。

新的器件，新的材料，新的工藝，一切區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的芯片，在全新的道路上取得突破，未必不可行。

其次是微納系統(tǒng)集成?？赡苌婕叭鼑鷸啪w管（GAA）和，新型晶體管結(jié)構(gòu)FinFET的應(yīng)用。GAA是全新可用于3nm甚至更高的晶體管技術(shù)。對更高微納系統(tǒng)的集成有更高的可控度。

臺積電放棄了成熟的FinFET晶體管技術(shù)，從而選擇GAA，這是一項冒險，但如果實現(xiàn)突破的話，3nm技術(shù)工藝將不再是神話，是可以真正用在芯片制造上的。

最后是芯片架構(gòu)創(chuàng)新，關(guān)于這一點，主要包括芯片設(shè)計初始流程。美國和歐洲在芯片設(shè)計軟件上十分重視，全新的芯片架構(gòu)創(chuàng)新產(chǎn)生的增值已經(jīng)超過了芯片本身，其創(chuàng)新程度決定芯片架構(gòu)的可行性。

綜合來看，在各項技術(shù)進(jìn)展有突破，但也有待進(jìn)步的地方。尤其是在微納系統(tǒng)集成和芯片架構(gòu)創(chuàng)新，這需要時間的積累。

總結(jié)

我國對芯片的需求非常高，是全世界芯片消耗量最大的國家。每年幾乎都要靠進(jìn)口才能滿足芯片需求，可是這不是我們的追求。極度依賴進(jìn)口不是什么好事，所以要擺脫依賴，自給自足。

未來想要突破5nm甚至更高的工藝，魏少軍提到的三項技術(shù)關(guān)鍵還需要努力耕耘，希望早日實現(xiàn)這幾項的突破。
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