2023年,不管是台积电,还是三星,其3nm的芯片会大规模量产了,比如苹果的A17就会采用3nm,还有高通、联发科的旗舰芯片,也会采用3nm工艺。
但3nm工艺,究竟代表的是什么?晶体管的大小?晶体管数量?栅极长度?金属间距?这些与芯片工艺紧密相关的参数中,没有一个是3nm。
我们翻看过往芯片的命名法,会发现所谓的的3nm,甚至之前的5nm、7nm、甚至10nm、14nm等等,这些代表着芯片工艺的XX纳米,都只是营销中的数字游戏而已,大家不必太认真。
在20世纪90年代中期之前,芯片工艺究竟是多少,是取决于晶体管的栅极长度,长度是多少,则工艺是多少。
于是很多芯片厂,一味追求缩小栅极长度,大家提升工艺,改进材料,就为了改变缩小栅极长度,从而提升性能。
工艺制程与栅极长度对应图
于是到1997年的时候,大家发现栅极的发展,比摩尔定律发展快,比如130nm的芯片,其栅极长度只有70nm,这时栅极长度与芯片工艺实际上脱轨了。
这时候要考虑用另外的方式来命名了,当时业界提出了两个办法,一个是接触栅间距,即两个晶体管栅极之间的最小距离。另外一个办法则是金属间距,测量两个水平互连之间的最小距离。
但这个度量法,都没有得到大家的一致认可,没有被真正采纳,于是芯片厂们,直接按照摩尔定律,第一代较上一代晶体管密度要提升一倍,一维长度大概就要缩减成上一代的0.7倍。
于是一张基于摩尔定律的、理想的制程节点表,就诞生出来了,第一代制程较上一代缩小0.7倍,从200nm,一直排到了1nm……
这也就有了台积电、三星们不断进步的工艺,但其实栅极长度,金属间距,或者接触栅间距,已经差不多在原地踏步很多年了,每次缩小都很小,远不及工艺进步快。
按照媒体之前的拆解,台积电10nm芯片的金属间距约为40nm,5nm芯片的金属间距约为30nm;3nm芯片约为22nm。
而IMEC更是预测2nm时约为21nm,然后1.4nm约为18nm,1nm时还有16nm。
图:IMEC工艺路线图
根据IMEC研究所发布的路线图,显示半导体工艺虽然会一直进步,会从当前的3nm,直到2nm、1nm,甚至更小工艺……
但其实金属间距缩放将在16nm至12nm左右结束,再也不会再缩小了,但晶圆厂们对外公布的工艺却在不断的缩小,甚至还有0.2nm出现。
所以严格的来讲,从2008年的40nm工艺开始,芯片厂商们的XX纳米工艺,其实就不能再相信了,已经不再与栅极长度、金属间距等对应了,只是一种数字营销游戏了,大家也不必太当真。