2022年末,臺積電實現了3nm工藝,而在半年之前,三星實現了3nm工藝。
那么問題就來了,3nm工藝究竟代表的是芯片的哪一部分是3nm?估計沒有誰能夠說清楚,而事實上也是如此,因為與3nm芯片的所有關鍵指標中,沒有一項是3nm。
我們知道芯片是由晶體管組成,晶體管越多,芯片性能越強,因為一個晶體管就是一路電流,代表一個0與1的開關換算。
而一個晶體管里面又含有三個部分,分別是源極(Source,電流入口)、漏極(Drain-電流的出口)、柵極(Gate-開關)。
電流從源極流向漏極,中間要經過柵極,柵極相當于一道門,所以柵極的開關門速度,就代表了這個晶體管的性能,開關門的速度越快,計算就越快,晶體管性能就越強。
而開關門的速度,與柵極的長短有關,柵極越短,電流經過的距離越短,自然速度就越快,這樣晶體管的性能也就越強。
所以關鍵來了,在50年前的時候,芯片界就有了共識,用柵極的寬度,來代表工藝制程的大小,比如150nm工藝,代表的是柵極的寬度是150nm。
后來晶圓廠們就想,既然柵極代表的就是工藝制程,那就是極力的去縮小柵極的寬度,就達到了提升工藝的目標了。
所以有一段時間,柵極的發展突飛猛進,大家紛紛用更好的材料,更高的技術來優先縮小柵極的寬度,柵極的發展比摩爾定律的發展更快。
一個有意思的事情:在晶圓廠們130nm工藝的時候,其實柵極寬度約為70nm,那時候柵極的發展,實際快于晶體管技術、整體工藝的的發展。
但遵循摩爾定律,大家沒有直接用柵極的寬度來命名工藝制程,還是按照摩爾定律來命名工藝,從這里開始柵極與工藝開始脫鉤,柵極工藝命名法第一次暫時失效。
但后來大家也發現,柵極越短,會帶來很多的問題,比如漏電導致功耗上升,還會導致性能不穩定,開關門不受控等等后果,最后影響芯片的整體性能。
所以后來柵極的發展就又慢了下來,最后與工藝制程,摩爾定律基本一致,柵極與工藝又一一對應了。
再后來,柵極的發展,又慢于工藝制程、摩爾定律的發展了,哪怕英特爾推出了FinFET晶體管,將晶體管做成立體的,柵極也落后于摩爾定律了,因為柵極無法持續縮短。
這里柵極與工藝制程又開始脫鉤了,不過晶圓廠們,再次用摩爾定律的發展,來命名工藝制程了。柵極工藝命名法第二次暫時失效。
臺積電研發負責人、技術研究副總經理黃漢森所說的:“現在描述工藝水平的XX納米說法已經不科學了……制程節點已經變成了一種營銷游戲,與科技本身的特性沒什么關系了?!?/p>
這里其實指就是這個意思:現在的多少納米,代表的并不是柵極的寬度,而是各晶圓廠,按照摩爾定律推算出來的工藝,每次工藝更新是上一代的0.7倍,至于真正是什么工藝,只有晶圓自己知道,也就有了各大晶圓廠,同一工藝,晶體管密度完全不同的情況出現。
最近有媒體報道稱,如果真要按照柵級的寬度來命名納米工藝,那么臺積電、三星的3nm工藝,其柵級實際寬度可能在22nm左右,但現在沒人用柵級寬度來命名工藝了。
事實上,我們知道英特爾曾經想嚴謹的命名的,想保留一下最后的倔強,所以intel的14nm打磨了5年,因為它發現自己工藝的提升,無法與晶體管、柵極對應,所以就不改變工藝節點。
這樣就也有了intel的14nm能媲美臺積電、三星的10nm,intel的7nm,能媲美臺積電的5nm,三星的3nm的事實。
但后來英特爾發現,嚴謹并沒有用,反而給消費者留下一個壞印象,那就是自己的工藝落后了,于是intel改名,改為intel7、intel4、intel3等,正式向臺積電、三星們看齊,大家一起來玩這場營銷游戲。
下一次柵極與工藝制程什么時候會重合?誰也不清楚,也許再也回不來了,因為這種營銷游戲深受市場、客戶的喜歡,一用開始了就會讓人上癮,再也戒不掉了。
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