中文English
2024年芯片排行榜ichaiyang 2024-05-07 23:05 24
28nm、14nm、7nm、5nm意味着什么?纵观芯片制程史可以发现缩小晶体管的第一个好处是:晶体管越小,速度就越快,这个“快”是指为基于晶体管的集成电路芯片的性能越高。微处理器CPU直到2004年,其时钟频率基本是指数上升的,背后的主要原因就是晶体管的尺寸缩小。第二个好处是功能增加,成本降低。尺寸缩小之后,集成度(单位面积的晶体管数量)提升,一来可以增加芯...

世界芯片纳米技术发展史?

扫码或点击进入无线充模块店铺

28nm、14nm、7nm、5nm意味着什么?纵观芯片制程史可以发现缩小晶体管的第一个好处是:晶体管越小,速度就越快,这个“快”是指为基于晶体管的集成电路芯片的性能越高。微处理器CPU直到2004年,其时钟频率基本是指数上升的,背后的主要原因就是晶体管的尺寸缩小。


第二个好处是功能增加,成本降低。尺寸缩小之后,集成度(单位面积的晶体管数量)提升,一来可以增加芯片的功能,二来,根据摩尔定律,集成度提升的直接结果是成本的下降。


这也是为什么半导体行业50年来如一日地追求摩尔定律的原因,因为如果达不到这个标准,你家的产品成本就会高于能达到这个标准的对手,你家就倒闭了。


第三个好处是晶体管缩小可以降低单个晶体管的功耗,因为缩小的规则要求,同时会降低整体芯片的供电电压,进而降低功耗。


以上就是缩小晶体管的主要诱因,至今业界还在不断探索与发展,以求获得更佳性能、更低成本、更好功能的晶体管。


下面具体看一下芯片制造企业发展简史:


1)2001年,当时的芯片制程工艺是130纳米,我们那时候用的奔腾3处理器,就是130纳米工艺。


2)2004年,是90纳米元年,那一年奔腾4采用了90纳米制程工艺,性能进一步提升。


而当时能达到90纳米制成工艺的厂家有很多,比如英特尔,英飞凌,德州仪器,IBM,以及联电和台积电。


3)2012年制程工艺发展到22纳米,此时英特尔,联电,联发科,格芯,台积电,三星等,世界上依旧有很多厂家可以达到22纳米的半导体制程工艺。


4)2015年成了芯片制成发展的一个分水岭,当制程工艺进入14纳米时,联电(台湾联华电子)止步于此。


5)2017年,工艺步入10纳米,英特尔倒在了10纳米,曾经的英特尔芯片制程独步天下,台积电三星等都是跟在屁股后面追赶的。


但是当工艺进入10纳米后,英特尔的10纳米芯片只能在低端型号机器上使用,英特尔主力的I5和I7处理器,由于良率问题而迟迟无法交货。


而在7纳米领域,英特尔更是至今无法突破,而美国另一家芯片代工巨头“格芯”,也是在7纳米处倒下的。


6)2018年,工艺步入7纳米


格芯宣布放弃7纳米,在前文“敌人不会仁慈”中,提到,格芯是美国军方2016-2023年的合作伙伴,美国军方和航太工业所需要的芯片等都是包给格芯代工的。


但是因为7纳米研发成本和难度太大,格芯最终决定放弃7纳米。


于是这才出现了美国政府将“台积电”纳入美军合作伙伴中,并且准备和台积电签署2024年后与美国政府的芯片代工伙伴协议。


因为7纳米技术,台积电被美国政府视为“自己人”,而为了长期供货美国,台积电也宣布了120亿美元的赴美建厂计划。


美国自己的代工老大英特尔倒在10纳米,格芯倒在7纳米,而进入更难的5纳米,只剩下三星和台积电。


7)2019年发布6纳米量产导入,2020工艺进入5纳米量产


但三星5纳米年初才首发,离量产和高良率还有一大段路要走,之前提过芯片代工,首发,试产,正式量产,这三阶段一个比一个重要。


三星在14纳米的良率比不上台积电,在10纳米的效能比不上台积电,在7纳米的研发制程比不上台积电。


你只有达到正式量产且高良率的时候,才能谈成功,目前台积电是全世界唯一一个有能力量产5纳米的代工厂。


纵观整个芯片工艺制程的发展之路,真的是斑斑血泪,即便强大如IBM,英特尔,格芯等国外大厂也是说倒下就倒下,说放弃就放弃。


这是一项非常艰难的工程,不成功是大概率的,而成功则需要真正意义上的用命杀出一条血路。


8)台积电规划2022年3纳米导入量产,绝对的独步天下

纳米技术的发展,灵感来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。费曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”纳米技术的发展源于此。

在2002年7月份,曾在几年前宣布摩尔定律死刑的这一定律的创始人戈登·摩尔接受了记者的采访。不同的是,这次他表现得很乐观,他表示:“芯片上晶体管数量每18个月增加二倍的速度虽然目前呈下降趋势,但随着纳米技术的发展,未来摩尔定律依然会继续生效。”


看来,摩尔本人也把希望寄托在了纳米技术上。下面就让我们来看看纳米技术怎样制造纳米芯片。


20世纪可以说是半导体的世纪,也可以说是微电子的世纪,微电子技术是指在半导体单晶材料(目前主要是硅单晶)薄片上,利用微米和亚微米精细结构技术,研制由成千上万个晶体管和电子元件构成的微缩电子电路(称为芯片),并由不同功能的芯片组装成各种微电子仪器、仪表和计算机。芯片也可以看做是集成电路块。


集成电路块由小规模向大规模发展的历程,可以看做是一个不断向微型化发展的过程。20世纪50年代末发展起来的小规模集成电路,它的集成度(一个芯片包含的元件数)为10个元件;20世纪60年代发展成中规模集成电路,集成度为1000个元件;20世纪70年代又发展了大规模集成电路,集成度达到10万个元件;20世纪肋年代更发展了特大规模集成电路,集成度超过100万个元件。就在1988年,美国国际商用机器公司(1BM)已研制成功存储容量达64兆的动态随机存储器,集成电路的条宽只有0 .35微米。


目前实验室研制的新产品为0?25微米,并向0?1微米进军。到2001年已降到0?1微米,即100纳米。这将成为电子技术史上的第四次重大突破。今天,芯片的集成度已进一步提高到1000万个元件。如果芯片的技术再往上攀一层,集成电路的条宽再缩小,将会出现一系列物理效应,从而限制了微电子技术的发展。


科学家为了冲破这个阻碍,为了解决这个困难,已经提出纳米电子学的概念。这一现象说明了:随着集成电路集成度的提高,芯片中条宽越来越小,因此对制作集成电路的单晶硅材料的质量要求越来越高,哪怕是一粒灰尘也可能毁掉一个甚至几个晶体管,这也是为什么摩尔本人几年前宣判摩尔定律“死刑”的原因。


据有关专家预测,在21世纪,人类将开发出微处理芯片与活细胞相结合的电脑。这种电脑的核心元件就是纳米芯片。芯片是电脑的关键器件。同时也是生命科学和材料科学的发展核心内容,科学家们正在开发生物芯片,包括蛋白质芯片及DNA芯片。

扫码或点击进入无线充模块店铺