最近刷爆半导体圈的“7纳米”到底是个什么鬼！？

近期，全球第二大芯片代工商格罗方德半导体（GlobalFoundries）表示，公司将无限期暂停开发7nm芯片技术，转而专注于改进现有技术。而早些时候，AMD同样表示，将把7nm芯片生产全部转移到台积电或者其它代工商。那么，最近刷爆半导体圈的“7纳米”到底是个什么鬼，为何国际大厂反而知难而退？相信很多非专业人士看的是云里雾里，下面就跟随小编一起来回顾7nm的前世今生！

缘起摩尔定律

1958年，美国德州仪器公司的工程师杰克•基尔比制成了世界上第一片集成电路，1962年，德州仪器公司建成世界上第一条商业化集成电路生产线。此后，在市场需求的驱动下，集成电路发展成为一个庞大的产业，从小规模集成电路（SSI）到中规模集成电路（MSI）、再到大规模集成电路（LSI），一直到现在的超大规模集成电路（VLSI）。集成度被看作是描述集成电路工艺先进程度的一个重要指标，通常用晶体管数目来表示集成度高低，一个芯片里含有的晶体管数目越多，芯片的功能也就越强。因此，集成电路的规模反映了集成电路的先进程度。

集成度的提高，不仅意味着单个晶体管的尺寸缩小了，同时也意味着采用了更加先进的制造工艺，因为晶体管尺寸与制造工艺之间有着密切的联系。可以说，集成电路技术的发展过程，就是把晶体管尺寸做得越来越小的过程。九十年代的大规模集成电路普遍采用的是微米级工艺，在上世纪90年代初做设计时就是采用5微米和3微米标准单元库，这也是那个年代的主流工艺（晶圆尺寸是3英寸和4英寸）。二十多年过去了，现在已经发展到纳米级工艺了，中芯国际去年实现量产的28纳米工艺，比起3微米工艺，尺寸缩小了100多倍。

那么5微米、3微米、以及90纳米、28纳米等等这些“节点”是怎样形成的呢？可以说这是描述摩尔定律进程的一个指标。摩尔定律说，半导体芯片每一年半（后来改为两年），其集成度翻一番，并伴随着性能的增长和成本的下降。怎样描述这个集成度呢？这就有了工艺“节点”的说法。即工艺节点数值越小，表征芯片的集成度就越高。这些数值也被《国际半导体技术蓝图（ITRS）》用来划分半导体工艺的阶段（也称工艺代），或描述芯片的先进性。

为什么7nm工艺节点被看作是一个转折点？

7纳米工艺目前被看作是摩尔定律下的半导体工艺一个转折点。在全世界众多半导体制造商里，目前能够够到这个高度的厂家真不多。从现有资料来看，只有Intel、台积电、格罗方德、三星发布了7纳米量产计划。为什么7nm被看作是一个“转折点”，因为7nm工艺标志着大家期待已久的EUV技术将正式导入，逐渐取代传统光学曝光技术。

光刻技术是现代集成电路设计上一个最大的瓶颈。现CPU使用的45nm、32nm工艺都是由193nm液浸式光刻系统来实现的，但是由于受到波长的影响在这个技术上再有所突破是十分困难的，但是如采用EUV光刻技术就会很好的解决此问题，很可能会使该领域带来一次飞跃。

但是涉及到生产成本问题，由于193纳米光刻是目前能力最强且最成熟的技术，能够满足精确度和成本要求，所以其工艺的延伸性非常强，很难被取代。因而在2011年后的一段时期内，22/20nm节点主要几家芯片厂商也将继续使用基于193nm液浸式光刻系统的双重成像（double patterning）技术。

目前几家准备上7nm的半导体厂商都在积极备战EUM光刻技术。台积电预期2019年将在第二代的7纳米制程上导入EUV技术，格罗方德认为2019年导入EUV算是乐观，预期2020年机会较大。三星对于EUV技术进度相对乐观，期望在2018年导入EUV技术在7纳米制程世代上。电路线宽7纳米的物理长度是10亿分之1米，通过EUV极紫外光刻技术的7nm工艺节点技术生产的芯片产品，成本竞争力和性能都将大大超过原产品。

半导体先进制程路在何方？

半导体行业离我们似乎很遥远，FinFET是什么东西，EUV又是什么新技术，每次看到这种相关的新闻都让我们如同云里雾里，不知所谓。其实它离我们很近，无论是FinFET还是EUV都是为了完善制程工艺所做的努力。而一款处理器的性能表现、散热效率、功耗等等都和制程息息相关。

5nm之后的工艺到现在为止都没有明确的结论，晶体管材料、工艺都需要更新。在这一点上，美国又走在了前列，美国布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布实现了1nm工艺制造。

来自EETimes的报道称，美国能源部（DOE）下属的布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布创造了新的世界记录，他们成功制造了尺寸只有1nm的印刷设备，使用还是电子束印刷工艺而非传统的光刻印刷技术。

这些技术听上去激动人心，不过实验室研发的技术并不代表能很快商业化，布鲁克海文实验室的1nm工艺跟目前的光刻工艺有很多不同，比如使用的是电子束而非激光光刻，所用的材料也不是硅基半导体而是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）之类的，下一步他们打算在硅基材料上进行尝试。

而我国半导体产业发展14nm及10nm芯片，在14/16nm节点上，国内已经有台积电的南京晶圆厂量产了16nm FinFET工艺，国产的则有中芯国际的14nm FinFET工艺，根据前不久中芯国际的财报会议，他们的14nm工艺已经进入客户导入阶段，明年初量产。

下一代的7nm工艺则是高性能节点，会跟28nm、14nm节点一样长期存在。中芯国际已经表态开始技术研发了，购买自ASML的EUV光刻机也主要是用来研究7nm及以后制程工艺的，不过7nm在国内尚未研发成功，现在还是起步阶段，时间进度上要落伍三年以上。

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