在近期舉辦的2021年國際固態(tài)電路會議（ISSCC 2021）上，臺積電先進(jìn)制程芯片傳來新消息。臺積電董事長劉德音在線上專題演說時(shí)指出，3納米制程依計(jì)劃推進(jìn)，甚至比預(yù)期還超前了一些，3納米及未來主要制程節(jié)點(diǎn)將如期推出并進(jìn)入生產(chǎn)。臺積電3納米制程預(yù)計(jì)今年下半年試產(chǎn)，明年下半年進(jìn)入量產(chǎn)。盡管劉德音在演說時(shí)未透露3納米進(jìn)度會超前多少，但此消息一出，仍令市場感到振奮。

據(jù)悉，臺積電3納米芯片將于2022年下半年開始量產(chǎn)，單月產(chǎn)能5.5萬片起，其還計(jì)劃將5納米芯片的產(chǎn)量較2020年年底提高70%，達(dá)到每月12萬片晶圓，這些芯片用于最新的5G iPhone 12系列和新的Mac核心處理器。

與此同時(shí)，臺積電在2納米先進(jìn)制程研發(fā)上也取得了重大突破，已成功找到路徑，將切入環(huán)繞式柵極（GAA）技術(shù)。復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長周鵬認(rèn)為，相較于三面圍柵的FinFET結(jié)構(gòu)，GAA技術(shù)的四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)可以更好地抑制漏電流的形成以及增大驅(qū)動電流，進(jìn)而更有利于實(shí)現(xiàn)性能和功耗之間的有效平衡。

“臺積電引入GAA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)2nm的先進(jìn)制程，自然離不開搭載極紫外（EUV）光設(shè)備的支持，為此臺積電早前也已大批量訂購ASML極紫外光刻機(jī)設(shè)備。此外，刻蝕上的制程精度要求也面臨挑戰(zhàn)。尤其是在極小線寬下，刻蝕深度和側(cè)壁的比例，顯得至關(guān)重要，因?yàn)椴煌牧贤憩F(xiàn)出不同的刻蝕速率，這都影響著最終半導(dǎo)體工藝線寬。”周鵬表示，“當(dāng)然工藝制程的推進(jìn)確實(shí)帶來了性能和技術(shù)的質(zhì)變，據(jù)悉采用3nm GAA技術(shù)的先進(jìn)工藝與5nm工藝相比，實(shí)現(xiàn)了面積效率提高35%、功耗降低50%、性能提升30%的跨越，想必未來基于2nm先進(jìn)工藝的芯片性能將實(shí)現(xiàn)更大的飛躍。”

然而，隨著摩爾定律的不斷延伸，技術(shù)瓶頸以及高昂的成本也隨之而來，如何有效平衡成本與技術(shù)的演進(jìn)，成為臺積電等芯片制造企業(yè)未來發(fā)展的難題。因此，周鵬認(rèn)為，無論是3nm、2nm，還是未來的1nm，先進(jìn)工藝制程的推進(jìn)最大的問題不在于技術(shù)研發(fā)，而是制造和使用成本的難題。28nm節(jié)點(diǎn)下IC設(shè)計(jì)成本僅為5130萬美元，而7nm、5nm節(jié)點(diǎn)則分別躍升至2.978億美元和5.422億美元，可見工藝制程的推進(jìn)同樣伴隨著IC設(shè)計(jì)成本的大幅增加，這意味著只有少數(shù)龍頭企業(yè)的旗艦或高端產(chǎn)品才會使用最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝制程，這也導(dǎo)致半導(dǎo)體制造企業(yè)帶來的投入回報(bào)比可能并沒有想象中豐碩。可見，相比先進(jìn)工藝制程帶來的密度、功耗等性能優(yōu)勢，直線上升的制造成本更值得關(guān)注，半導(dǎo)體制造企業(yè)如何在先進(jìn)制程和成本支出之間尋找平衡點(diǎn)，才是下一步產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
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