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芯片制程背后的秘密:三星、臺(tái)積電的3nm,,實(shí)際是22nm?

2023-02-05
來源:互聯(lián)網(wǎng)亂侃秀

2022年末,,臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)了3nm工藝,,而在半年之前,三星實(shí)現(xiàn)了3nm工藝,。

那么問題就來了,,3nm工藝究竟代表的是芯片的哪一部分是3nm?估計(jì)沒有誰(shuí)能夠說清楚,,而事實(shí)上也是如此,,因?yàn)榕c3nm芯片的所有關(guān)鍵指標(biāo)中,沒有一項(xiàng)是3nm,。

我們知道芯片是由晶體管組成,,晶體管越多,芯片性能越強(qiáng),,因?yàn)橐粋€(gè)晶體管就是一路電流,,代表一個(gè)0與1的開關(guān)換算。

而一個(gè)晶體管里面又含有三個(gè)部分,,分別是源極(Source,,電流入口)、漏極(Drain-電流的出口)、柵極(Gate-開關(guān)),。

電流從源極流向漏極,,中間要經(jīng)過柵極,柵極相當(dāng)于一道門,,所以柵極的開關(guān)門速度,,就代表了這個(gè)晶體管的性能,開關(guān)門的速度越快,,計(jì)算就越快,,晶體管性能就越強(qiáng)。

而開關(guān)門的速度,,與柵極的長(zhǎng)短有關(guān),,柵極越短,電流經(jīng)過的距離越短,,自然速度就越快,,這樣晶體管的性能也就越強(qiáng)。

所以關(guān)鍵來了,,在50年前的時(shí)候,,芯片界就有了共識(shí),用柵極的寬度,,來代表工藝制程的大小,,比如150nm工藝,代表的是柵極的寬度是150nm,。

后來晶圓廠們就想,,既然柵極代表的就是工藝制程,那就是極力的去縮小柵極的寬度,,就達(dá)到了提升工藝的目標(biāo)了,。

所以有一段時(shí)間,柵極的發(fā)展突飛猛進(jìn),,大家紛紛用更好的材料,,更高的技術(shù)來優(yōu)先縮小柵極的寬度,柵極的發(fā)展比摩爾定律的發(fā)展更快,。

一個(gè)有意思的事情:在晶圓廠們130nm工藝的時(shí)候,,其實(shí)柵極寬度約為70nm,那時(shí)候柵極的發(fā)展,,實(shí)際快于晶體管技術(shù),、整體工藝的的發(fā)展。

但遵循摩爾定律,,大家沒有直接用柵極的寬度來命名工藝制程,,還是按照摩爾定律來命名工藝,,從這里開始柵極與工藝開始脫鉤,柵極工藝命名法第一次暫時(shí)失效,。

但后來大家也發(fā)現(xiàn),,柵極越短,會(huì)帶來很多的問題,,比如漏電導(dǎo)致功耗上升,,還會(huì)導(dǎo)致性能不穩(wěn)定,開關(guān)門不受控等等后果,,最后影響芯片的整體性能,。

所以后來柵極的發(fā)展就又慢了下來,最后與工藝制程,,摩爾定律基本一致,,柵極與工藝又一一對(duì)應(yīng)了。

再后來,,柵極的發(fā)展,又慢于工藝制程,、摩爾定律的發(fā)展了,,哪怕英特爾推出了FinFET晶體管,將晶體管做成立體的,,柵極也落后于摩爾定律了,,因?yàn)闁艠O無法持續(xù)縮短。

這里柵極與工藝制程又開始脫鉤了,,不過晶圓廠們,,再次用摩爾定律的發(fā)展,來命名工藝制程了,。柵極工藝命名法第二次暫時(shí)失效,。

臺(tái)積電研發(fā)負(fù)責(zé)人、技術(shù)研究副總經(jīng)理黃漢森所說的:“現(xiàn)在描述工藝水平的XX納米說法已經(jīng)不科學(xué)了……制程節(jié)點(diǎn)已經(jīng)變成了一種營(yíng)銷游戲,,與科技本身的特性沒什么關(guān)系了,。”

這里其實(shí)指就是這個(gè)意思:現(xiàn)在的多少納米,,代表的并不是柵極的寬度,,而是各晶圓廠,按照摩爾定律推算出來的工藝,,每次工藝更新是上一代的0.7倍,,至于真正是什么工藝,只有晶圓自己知道,,也就有了各大晶圓廠,,同一工藝,,晶體管密度完全不同的情況出現(xiàn)。

最近有媒體報(bào)道稱,,如果真要按照柵級(jí)的寬度來命名納米工藝,,那么臺(tái)積電、三星的3nm工藝,,其柵級(jí)實(shí)際寬度可能在22nm左右,,但現(xiàn)在沒人用柵級(jí)寬度來命名工藝了。

事實(shí)上,,我們知道英特爾曾經(jīng)想嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿?,想保留一下最后的倔?qiáng),所以intel的14nm打磨了5年,,因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)自己工藝的提升,,無法與晶體管、柵極對(duì)應(yīng),,所以就不改變工藝節(jié)點(diǎn),。

這樣就也有了intel的14nm能媲美臺(tái)積電、三星的10nm,,intel的7nm,,能媲美臺(tái)積電的5nm,三星的3nm的事實(shí),。

但后來英特爾發(fā)現(xiàn),,嚴(yán)謹(jǐn)并沒有用,反而給消費(fèi)者留下一個(gè)壞印象,,那就是自己的工藝落后了,,于是intel改名,改為intel7,、intel4,、intel3等,正式向臺(tái)積電,、三星們看齊,,大家一起來玩這場(chǎng)營(yíng)銷游戲。

下一次柵極與工藝制程什么時(shí)候會(huì)重合,?誰(shuí)也不清楚,,也許再也回不來了,因?yàn)檫@種營(yíng)銷游戲深受市場(chǎng),、客戶的喜歡,,一用開始了就會(huì)讓人上癮,再也戒不掉了,。

    


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