芯片制程还要从晶体管说起,晶体管是芯片的组成单位,可以说如果芯片是房子,那么晶体管就是组成房子的砖块,随着芯片技术的发展,单个芯片上集成的晶体管越来越多。
英特人创始人之一的摩尔曾经说过著名的摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。在2018年发布的麒麟980芯片上就集成了69亿个晶体管。
麒麟芯片
下面就是晶体管的结构,图中的晶体管结构中,电流从 Source(源极)流入 Drain(漏级),Gate(栅极),可以把晶体管比作水龙头,水流从源极流入漏极,栅极就相当于水龙头的开关。而栅极的最小宽度(栅长),就是XX nm工艺中的数值。栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低。可以这么理解如果打开水龙头的力越小就相当于制程越小。
晶体管结构
对于芯片制造商而言,主要就要不断升级技术,力求栅极宽度越窄越好,但是进入10纳米制程将面临相当严峻的挑战,主因是1颗原子的大小大约为0.1纳米,在10纳米的情况下,一条线只有不到100颗原子,在制作上相当困难,而且只要有一个原子的缺陷,像是在制作过程中有原子掉出或是有杂质,就会产生不知名的现象,影响产品的良率。
台积电最近几年坐稳了全球晶圆代工市场一哥的位置,不仅市场份额高达50%以上,在7nm等先进工艺上也是领先一步的,预计其独霸优势至少持续5年,在2nm工艺量产前都是有优势的。
台积电在2018年首发了7nm工艺,目前这依然是最先进的工艺之一,领先于三星、Intel等对手,先后获得了苹果、华为、AMD等公司的大订单,现在也是居高不下。
今年将会量产5nm工艺,苹果、华为依然是大客户,不过华为在9月15日之后就不能出货了,后续AMD等客户会跟上,2021年预定的产能是当前的2倍。
再往后,台积电还有3nm工艺,风险试产预计将于今年进行,量产计划于2021年下半年开始。