5G,、AI、云端運算等高效運算需求持續(xù)增加,，驅動半導體先進制程的發(fā)展,，在半導體微縮技術難度與研發(fā)成本不斷提高下，半導體先進制程逐漸成為被少數(shù)IC制造廠壟斷的技術,，也驅動了臺積電,、三星與英特爾等近年在先進制程的競逐。
過去50多年來,，IC制造廠主要遵循著摩爾定律,，意即固定面積的電晶體數(shù)量每二年達到倍增，持續(xù)推動半導體制程微縮,，其中最主要的重點技術就是定義晶體管特征尺寸大小的微縮技術,。隨著制程微縮的持續(xù)推動，代表晶體管尺寸的微影技術節(jié)點不斷縮小,，從1980年代的微米等級,，持續(xù)進化到2004年以后的納米等級，乃至于2020年臺積電與三星導入量產(chǎn)的5納米,。
微縮技術節(jié)點的推進,，主要依循全球主要IC制造相關協(xié)會聯(lián)合擬定的國際半導體技術道路圖（ITRS）。2004年進入90納米節(jié)點后,，面臨持續(xù)微縮的技術挑戰(zhàn)與成本壓力,，ITRS參與成員,、也就是主要IC制造商陸續(xù)退出先進制程研發(fā)，從2001年的19家逐漸減少到2016年的五家：臺積電,、英特爾,、三星、GlobalFoundries以及聯(lián)電,，中國大陸的中芯則緊追在后,，確立了半導體專業(yè)代工產(chǎn)業(yè)生態(tài)，芯片規(guī)格也不再由IC制造商所主導,，而是由系統(tǒng)需求,、IC設計業(yè)者與IC制造商共同決定。
ITRS也在2017年功成身退,，取而代之的是更著重于新系統(tǒng)需求的國際元件與系統(tǒng)路線圖（IRDS）,，隨著聯(lián)電及GlobalFoundries相繼在2017及2018年宣布放棄7納米以下制程研發(fā)，全球半導體先進制程最終聚焦在臺積電,、英特爾與三星三家大廠,。
在先進制程技術的發(fā)展中，英特爾在早年處于絕對領先的地位,，技術超越臺積電與三星一個世代,。然而，在2014年進入14納米制程后,，英特爾在下一世代10納米技術節(jié)點的研發(fā)陷入瓶頸,，而臺積電與三星趁勢迎頭趕上，于2018年分別導入7奈米量產(chǎn)制程,，并于2020年先后導入5納米量產(chǎn)制程,。
英特爾雖于2019年導入了10奈米量產(chǎn)制程，但已落后臺積電與三星一年左右,，并影響自制高階芯片的產(chǎn)能與競爭力,，為遏制高階芯片的市占率滑落，英特爾在積極投入下一個技術節(jié)點研發(fā)的同時,，也不得不對委托臺積電或三星來完成部分芯片制作的方案,，進行審慎的評估。
在晶體管結構選擇方面,，目前臺積電,、英特爾、三星都采用鰭式場效應晶體管（FinFET）結構,，而下一世代的晶體管結構是所謂的環(huán)繞式閘極（GAA）結構,，藉由更大的閘極接觸面積提升對電晶體導電通道的控制能力，從而降低操作電壓,、減少漏電流，有效降低芯片運算功耗與操作溫度。
技術領先的臺積電在3納米節(jié)點則預計持續(xù)采用FinFET結構,，并規(guī)劃在2納米節(jié)點才導入GAA結構,，但落后的三星與英特爾，則選擇在下一技術節(jié)點（三星在3納米,，英特爾在5納米）就導入GAA結構,，試圖藉由GAA結構的優(yōu)勢提升晶片的效能，來因應與臺積電之間的競爭,，三星更是規(guī)劃提前于2021年導入3納米GAA量產(chǎn)制程,，在技術節(jié)點的突破時程上再次取得領先地位。
為達成芯片運算效能的持續(xù)提升,，摩爾定律要求每二年固定面積的晶體管數(shù)量倍增,，但是，隨著技術節(jié)點的推進,，微影技術以及搭配的薄膜,、蝕刻等技術挑戰(zhàn)與研發(fā)成本持續(xù)高漲，歷經(jīng)50余年的摩爾定律已經(jīng)面臨極限,。以臺積電與三星為例,，每一技術節(jié)點的尺寸微縮已經(jīng)無法達到晶體管數(shù)量倍增的目標，必須藉由新的方法增加晶體管的密度,。
根據(jù)IRDS的規(guī)劃,，在2021～2022年以后，F(xiàn)inFET結構將被GAA結構所取代,，而半導體先進制程將會邁入2納米技術節(jié)點,，但在此之后，制程微縮的難度與成本將會難以承受,，取而代之的是在相同的技術節(jié)點中發(fā)展新的晶體管結構,，其中主流的技術發(fā)展方向，就是透過晶體管的向上堆疊增加電晶體的數(shù)量與密度,，再下一步則是透過調(diào)整晶體管上方的金屬內(nèi)連線結構,，壓縮內(nèi)連線空間形成更密集的電路交錯堆疊，以縮小邏輯單元的整體面積,。預期未來10年,，晶體管與內(nèi)連線堆疊技術將是半導體制程研發(fā)的主要方向，需要IC設計,、制程,、材料、封裝以及制程設備等所有相關技術的密切配合,。
摩爾定律面臨極限,，以金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）為主的硅晶體管在2納米技術節(jié)點之后已面臨技術與成本的雙重瓶頸,，新的晶片結構如晶體管與內(nèi)連線的3D堆疊設計已被確立為未來十年的發(fā)展重點。
面對芯片運算效能提升的需求,，IC制造業(yè)者必須持續(xù)投入研發(fā),，而在既有制程技術的精進以外，新結構,、新材料或新元件物理的發(fā)展將是新的競逐重點,。