小芯片，最新路線圖_風聞

本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

真正意義上的 10 納米芯片或許要到 2039 年才會出現。

近年來，英偉達首席執行官黃仁勳等眾多業內人士對摩爾定律的未來持悲觀態度，然而芯片生產研究和工程機構 IMEC 發佈的新路線圖卻給出了截然不同的結論 ——摩爾定律依然有效。若該路線圖精準落地，甚至能預見芯片製造直至 2039 年的發展軌跡，其工藝將邁入 0.2 納米節點的新時代。

在深入探討 IMEC 的預測前，有必要重新認識摩爾定律的本質。它並非自然界亙古不變的基本法則，而是基於歷史經驗對行業發展趨勢的歸納與推測。英特爾將其總結為 “單個芯片上的晶體管數量每兩年翻一番，且成本維持在較低水平”，意味着每過兩年，消費者就能以相近的價格獲得性能翻倍的芯片。但 “兩年翻一番” 並非絕對標準，本質上它更像是半導體行業發展的一種趨勢。

不過，摩爾定律中“低成本” 這一條件，正遭受現實的嚴峻挑戰。近年來，先進芯片製造成本呈爆炸式增長，高端 GPU 動輒上萬元的售價便是明證，這與摩爾定律的預期形成強烈反差。與此同時，芯片製造的命名規則也飽受詬病，如今的製程命名已脱離物理實際，例如號稱 3 納米工藝製造的芯片，其內部組件尺寸遠非 3 納米。

IMEC 作為專注芯片生產基礎研究的權威機構，其研究領域覆蓋新材料、新型光刻技術和下一代晶體管設計，研究成果深刻影響着整個芯片製造業，也使其具備了預測芯片技術走向的強大能力。在 IMEC 的路線圖中，芯片製造的未來發展清晰可見。

就工藝節點而言，行業將從台積電當前最先進的 3 納米技術，逐步演進至 2027 年的 14 埃（1.4 納米）技術，2029 年達到 10 埃（1 納米），並持續推進，於 2039 年進入 2 埃以下（小於 0.2 納米）的節點。在光刻技術上，更先進的極紫外（EUV）光刻技術將助力實現 0.2 納米以下的製造目標；晶體管技術方面，2027 年左右 FinFET 晶體管將被納米片晶體管取代，2031 年叉片晶體管登場，隨後互補 FET 將使晶體管密度瞬間翻倍；從 2037 年起，芯片部分材料將向二維化發展，通過材料沉積技術，實現晶體管內部原子級厚度的材料片。此外，芯片底部數據和電源互連技術也將不斷升級，從基本的背面互連逐步發展為更復雜的全局互連和局部信號線背面互連。

值得注意的是，工藝節點的命名與實際組件尺寸存在巨大差異。

在1990年之前，柵極長度的減小几乎完全線性，從“Xnm”的名稱就直觀反映出芯片的性能。每代晶體管的長和寬都是上一代的0.7倍(長度0.7*寬度0.7=0.49)，也就是單個晶體管的面積縮小到原來的0.5倍，印證摩爾定律晶體管密度翻倍的描述。比如 180nm>130nm>90nm>65nm>45nm>32nm>22nm ，其中“X”指的就是芯片柵極的長度，也就是MOS 晶體管的源極到漏極的距離。隨着先進製程的數字越小，對應的晶體管密度越大，芯片功耗也就越低，性能則越高。

在之後的技術演進中，製程節點減小速度加快，大約為0.72倍, 並且不再完全線性。場效應晶體管也逐漸脱離原本固定的結構，比如FinFET的空間結構晶體管出現，溝道變成了三維環繞，溝道長度逐漸不能代表工藝的最高精度。7nm、5nm、3nm也不再是溝道長度的代表，它作為一個等效長度，只是一個數字。

柵極的長度是芯片製造工藝的一個重要指標，柵極的長度越小，源極和漏極之間流過的電流就會越快;鰭片間距(Fin Pitch)也是衡量工藝先進性的一個重要參數，在FinFET 晶體管時期，增加 fin(鰭)高度、減少fin之間的間距就能有效增加驅動電流，從而提高效率;其他的衡量指標還有金屬間距和邏輯單元等，金屬間距越小需要克服的電容效應越小;邏輯單元的最小單元高度越低，在3D堆疊上更有優勢。

台積電 3 納米工藝中，晶體管柵極間距實際為 23 納米，到 2027 年 14 埃節點時，該距離將縮至 21 納米，到 2039 年預計在 14 納米至 10 納米之間。這意味着，真正意義上的 10 納米芯片或許要到 2039 年才會出現，但持續的技術進步遠比命名更為重要。

按照 IMEC 預測的發展節奏，到 2039 年芯片的複雜程度將超乎想象。對比 2011 年英特爾基於 32 納米工藝製造的 Sandy Bridge CPU，其 Core i7 2700K 芯片僅有 11 億個晶體管；而如今的英特爾 Core Ultra 9 285K 芯片晶體管數量已接近 180 億個。以此類推，2039 年 CPU 的晶體管數量有望達到約 3000 億個，GPU 的晶體管數量甚至可能接近 1.5 萬億個。

儘管這些數據仍存在猜測成分，但不可否認的是，摩爾定律中晶體管數量倍增、芯片複雜度提升的核心邏輯依然成立。然而在成本控制方面，行業仍面臨巨大挑戰，未來如何在延續摩爾定律的同時解決成本難題，將成為半導體行業發展的關鍵課題。

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