不只光刻機,中國晶元在底層技術上實現突破,ASML恐始料未及

2022年12月11日18:11:10 科技 1519

晶元的重要性已經不言而喻,數字化社會發展已經是大勢所趨,晶元扮演了一個底層基石的角色,其中晶元的重要性集中體現在晶元性能的重要性,這也是為何現在晶元製造工藝開始成為關注焦點的所在,因為提升晶元的製造工藝,是提升晶元性能的一條捷徑。

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而之所以是一條捷徑,是因為還沒有找到其他更好的辦法,這樣的情況讓台積電和ASML迅速崛起,台積電可以提供最先進的製造工藝,而ASML可以提供支撐最先進工藝的光刻機

雖然先進工藝用最短的時間解決了晶元性能的問題,但是很快,新的問題也暴露了出來,那就是成本,先進工藝無論是從晶元的設計還是製造,成本都成倍的提升,這種提升的幅度,即便是全球頂尖的晶元巨頭,也都難以承受,例如蘋果

在晶元設計上,28納米工藝只需要4280萬美元,7納米則需要2.486億美元,3納米已經需要5.811億美元,2納米預計需要7.248億美元,所以一顆3納米晶元的設計成本,就是28納米工藝的近14倍,超40億人民幣。

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在晶元製造上,28納米晶圓的價格是3000美元,7納米是10000美元,5納米是16000美元,3納米是超20000美元,3納米晶圓的成本是28納米的約7倍。這種成本所暴露的問題,在光刻機上也開始顯露。

ASML方面在今年就已經表示,在高NA EUV光刻機的下一代產品上,光刻技術似乎已經走到了盡頭。倒不是說技術上做不到,而是成本上難以承受,光刻機的NA可以繼續提升,但是成本將高出天際。

所以產業界開始尋找減少對先進工藝依賴的方法,目前已經取得了不錯的成績,即芯粒和先進封裝技術。我們現在的晶元,本質上是同質同構,也就是採用同樣的材料和同一種晶元架構。而芯粒技術,就是採用不同的晶元架構,在晶元製造的後端環節,利用先進封裝,再將不同架構的晶元集成到一起,形成一顆「大晶元」,所以芯粒也被叫做「小晶元」技術。

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這兩種技術的結合,在一定程度上減少了先進工藝的採用,因為這種新技術不僅降低了成本,同樣可以做到晶元性能的提升,本質上來說,還是因為在晶元的設計環節起到了關鍵作用,而現在,復旦大學在晶元的底層技術,也就是晶體管技術上實現了突破。

簡單來說,復旦大學成功實現了CFET晶體管,該晶體管在當前的應用特點,是可以實現集成度的翻倍,這與提升晶元製造工藝的結果是一樣的,因為提升工藝的目的就是為了提升晶體管的集成度。

實際上,就在今年年中的時候,台積電方面就表示,將CEFT晶體管技術作為未來的發展重點,且將CFET作為GAAFET的接班人,GAAFET是3納米和2納米工藝的晶體管技術,3納米之前採用的是FinFET晶體管,英特爾方面也在大力發展CEFT晶體管。

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因此我們就可以看到,將芯粒、CFET和先進封裝結合起來,就可以實現異質異構晶元,異質異構晶元與採用依賴先進工藝的同質同構的晶元相比,性能上並不佔有劣勢,但是成本上卻佔有極大優勢。

而受到影響最大的,應該就是ASML,因為市場對EUV光刻機的依賴性將會降低,事實上,在芯粒和先進封裝技術被應用後,這種對EUV光刻機的依賴性已經出現降低的現象,例如無論是英特爾的歐洲工廠還是台積電的美國工廠,都沒有採購新的EUV光刻機,而是通過移機的形式,即採用老工廠的舊設備,台積電甚至還將3納米工藝的產能縮減了約8成,7納米工藝的一座新廠也被取消。

正相反,台積電反而開始積極擴建28納米等成熟工藝工廠。這還只是同質異構晶元剛剛被應用的開始,而異質異構晶元量產後,這種趨勢將會更加明顯。而ASML或許始料未及,中國在晶元技術上的發展會如此之快,因為在CFET晶體管技術上,ASML的盟友比利時微電子也將此作為未來的技術發展方向,但現在復旦大學卻已經實現了。

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目前我們在晶元製造前道的光刻機以及後道光刻機上,都實現了長足的進步,在芯粒技術和先進封裝上也跟上了時代的步伐,如今CEFT晶體管技術的實現,無疑將會帶領國產晶元進入到另一個高度,我們拭目以待。

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