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2nm那么难,日本成吗?
来源:半导体行业观察 | 作者:汤之上隆 | 发布时间: 2022-09-08 | 1314 次浏览 | 分享到:

(图片出自:jbpress)


那么,为什么日本量产2纳米半导体是可笑至极呢?(虽然很难解释,但笔者还是要说明一下。)


2纳米半导体难在何处?


所谓半导体的“微缩化”,指的是每一代际缩小约70%。如下图4所示,日本自45纳米以后就不再有进步。45纳米以后为32纳米、22纳米、16/14纳米、10纳米、7纳米、5纳米、3纳米、2纳米。(西川先生的资料中遗漏了32纳米和10纳米,笔者进行了补充。)


自45纳米(日本可以生产)到2纳米,共跨越了九个代际的微缩化,这究竟有多难呢?


首先,微缩化每发展一个代际,肯定会出现诸多问题,为解决这些问题,需要进行多次试错实验。在28纳米/22纳米之前,晶体管的形状为“平面型(Planner)”,16纳米以后为FinFET,2纳米以后为GAA(Gate-All-Around,全环绕栅极晶体管),之所以有这么大的变化,是因为不改变晶体管结构,无法实现人们期待的性能。此外,随着微缩化发展,出现的问题也是各式各样。


比方说,在2015年之前以为被视为“微缩化头号玩家(Top Runner)”美国英特尔在2016年无法顺利从14纳米过度到10纳米,在后来的五年里,10纳米的启动一直不顺利(如下图5)。去年(2021年)Patrick Gelsinger就任英特尔第八代CEO,并将10纳米命名为“Intel 7(i7)”、7纳米(采用了最先进的EUV曝光设备)改为“Intel 4(i4)”。如今英特尔正在为实现i4而努力。


图5:逻辑半导体和Foundry厂家的技术蓝图。

 (图片出自:jbpress)


TSMC和三星在同一时间(2019年)启动7纳米,后来,虽然仅仅能看到6纳米、5纳米、4纳米、3纳米等一系列数字的进步,但5纳米以后的良率很难提升,而且TSMC的3纳米采用了GAA构造,因此TSMC在3纳米代际陷入绝望,果断进军2纳米。


即使是独享最尖端技术的TSMC,虽然曾经每两年更替一个代际,但3纳米并未能按计划启动,耗费了两年半的时间,在2022年下半年,终于迎来了量产关键期。2纳米代际晶体管采用新型GAA,进入量产可能要花费两年半甚至三年的时间。因此,2纳米的量产时间最快在2025年、甚至2026年。


如果日本“自2025年开始量产2纳米”,那么,很有可能早于TSMC!从当下的45纳米,跨越九个代际,比TSMC早量产2纳米,这是多么异想天开的方案!


不仅仅是“中学生和大学生的差距”


在2022年8月3日的日本经济新闻“Deep Insight”中,针对2纳米的难度,Common Data的中山淳史先生做了以下比喻:“Planner型是中学生、FinFET是高中生、GAA是大学生”。