巨头芯片制程之战:5nm 如何给摩尔定律续命?

摩尔定律似一把离弦的箭,自 1965 年穿越了半个多世纪,掠过无数狼烟四起的芯片制程战场,这次它又将稳稳地瞄准 5nm 制程赛的靶心。

回味上一场由台积电和三星搅起的 7nm 制程战局,战事尚未真正落下帷幕,然而在业界普遍看来胜负已分。

但芯片制程这片江湖从不缺刀光剑影与称霸的野心。先进制程的纷争一波未平一波又起,台积电和三星这两位 ' 宿敌 ',正紧锣密鼓地筹备新一轮 5nm 战事。而 2019 年,也就成了这两家接连喊话 5nm 制程战局的一年。

这厢三星刚公布技术路线图,谈流片、谈量产、谈合作;那厢台积电就紧接迎来试产阶段,秀良率、秀产能,你方唱罢我登场。

另一旁沉默许久的老势力英特尔也蠢蠢欲动,前些日子宣布它将在几年内重回 7nm 战局,并首次谈及 5nm 研发,欲抢下 5nm 赛局为数不多的 ' 早鸟票 '。

纵观今天下大势,随着 5G 和 AI 技术的发展,以及大数据的爆炸式激增,未来新产业、新应用的计算需求和功耗也正等着 5nm 芯片战果的嗷嗷待哺,催促着整个半导体产业链不断冲刺物理极限的天花板,火拼先进制程给摩尔定律续命。

刀锋至此,台积电、三星、英特尔摩拳擦掌,5nm 战争即将一触即发。

有意思的是,5nm 战事与以往有着些许不同,左右局势胜利的关键因素正在悄然发生变化。
5nm 先进制程已不仅仅是代工厂商之间的战争,它亦是核心工艺和半导体材料走到极限的重要转折节点。

那么,这些玩家为何要奋力拼杀 5nm 制程?目前它们的战局如何?若要拿下 5nm 制程的王座,它们又该从哪里撬开核心工艺与新材料的突破口?

这次,智东西将目光聚焦在 5nm 制程预热赛中,通过深度调查,探究芯片制程在演进背后的核心与关键。在剖析它们是如何刷新摩尔定律下限的同时,我们也试图从这场制程节点比拼的火光中窥见,这场战争将会对产业链的哪些环节带来颠覆性的影响。

5nm 制程:摩尔定律发展的重要转折点

引得战火纷纷的 5nm 究竟能给行业带来什么?

一位国内头部芯片设计企业的技术专家告诉智东西:' 从行业最直观的受益来讲,无非是让产品获得更高算力的同时,还能保持相同甚至更低的功耗,整体性能进一步加强。' 他这种观点也已成为芯片行业的共识。

这也与英特尔创始人之一,戈登 · 摩尔在 1965 年提出的摩尔定律息息相关。他认为,集成电路上可容纳的晶体管数量,每隔 18 至 24 个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。

当芯片制程演进到 5nm,它晶体管的集成度和精细化程度都要比以往更高,可容纳更复杂的电路设计,并将更丰富的功能融入其中。

但从目前行业的普遍应用上看,许多产品用 28nm、14nm,甚至 10nm 就已绰绰有余,再费劲花更高的成本与精力来研发 5nm 制程,暂且看来就是个赔本的买卖。

部分业内人士认为,不是所有行业都对 5nm 有着强劲的需求,它在现阶段并非多数市场的刚需。

话虽如此,当我们把目光放至未来,随着 5G 和 AI 技术的发展,以及全球大数据的爆发式增长,5G 智能终端、VR/AR 产品、机器人、AI 和超算等产品的成熟和应用,都将对芯片的性能、能耗和算力都有着更加严格的要求。

从另一个维度来说,业内普遍认为,芯片这类硬件的发展也将催生出新的应用生态,或是对早已成熟的市场带来革命性的颠覆。

例如,当下因苹果 AirPods 而重新迎来第二次黄金时代的 TWS(真无线立体声耳机)市场,各大厂商使用的蓝牙芯片制程尚未踏入 7nm 领域,大多聚集在 28nm 至 12nm 中。

巨头芯片制程之战:5nm 如何给摩尔定律续命?

半导体代工厂制程路线图

但随着市场需求倒逼着蓝牙芯片的发展,未来各家厂商为了能在更小的芯片中集成更多的功能与应用,也将逐渐推动蓝牙芯片朝着 7nm 甚至是 5nm 制程演进。

不可否认,5nm 制程的演进是各项技术和产业逐步成熟、变革的必经之路,亦是根基。

5nm 制程战局三足鼎立

随着先进制程的不断演进,工艺研发的门槛越来越高,成本与技术逐渐成为一座座制程演进的分水岭。

目前行业中布局 5nm 制程的玩家,主要有台积电、三星和英特尔三足鼎立。其中,台积电和三星的对峙最为激烈,淡出赛局许久的英特尔则在一旁蓄势待发。

过去一年以来,5nm 芯片试产、量产和良率等消息的不断释放,持续刺激着业界神经。

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