芯片的重要性已经不言而喻,数字化社会发展已经是大势所趋,芯片扮演了一个底层基石的角色,其中芯片的重要性集中体现在芯片性能的重要性,这也是为何现在芯片制造工艺开始成为关注焦点的所在,因为提升芯片的制造工艺,是提升芯片性能的一条捷径。
而之所以是一条捷径,是因为还没有找到其他更好的办法,这样的情况让台积电和ASML迅速崛起,台积电可以提供最先进的制造工艺,而ASML可以提供支撑最先进工艺的光刻机。
虽然先进工艺用最短的时间解决了芯片性能的问题,但是很快,新的问题也暴露了出来,那就是成本,先进工艺无论是从芯片的设计还是制造,成本都成倍的提升,这种提升的幅度,即便是全球顶尖的芯片巨头,也都难以承受,例如苹果。
在芯片设计上,28纳米工艺只需要4280万美元,7纳米则需要2.486亿美元,3纳米已经需要5.811亿美元,2纳米预计需要7.248亿美元,所以一颗3纳米芯片的设计成本,就是28纳米工艺的近14倍,超40亿人民币。
在芯片制造上,28纳米晶圆的价格是3000美元,7纳米是10000美元,5纳米是16000美元,3纳米是超20000美元,3纳米晶圆的成本是28纳米的约7倍。这种成本所暴露的问题,在光刻机上也开始显露。
ASML方面在今年就已经表示,在高NA EUV光刻机的下一代产品上,光刻技术似乎已经走到了尽头。倒不是说技术上做不到,而是成本上难以承受,光刻机的NA可以继续提升,但是成本将高出天际。
所以产业界开始寻找减少对先进工艺依赖的方法,目前已经取得了不错的成绩,即芯粒和先进封装技术。我们现在的芯片,本质上是同质同构,也就是采用同样的材料和同一种芯片架构。而芯粒技术,就是采用不同的芯片架构,在芯片制造的后端环节,利用先进封装,再将不同架构的芯片集成到一起,形成一颗“大芯片”,所以芯粒也被叫做“小芯片”技术。
这两种技术的结合,在一定程度上减少了先进工艺的采用,因为这种新技术不仅降低了成本,同样可以做到芯片性能的提升,本质上来说,还是因为在芯片的设计环节起到了关键作用,而现在,复旦大学在芯片的底层技术,也就是晶体管技术上实现了突破。
简单来说,复旦大学成功实现了CFET晶体管,该晶体管在当前的应用特点,是可以实现集成度的翻倍,这与提升芯片制造工艺的结果是一样的,因为提升工艺的目的就是为了提升晶体管的集成度。
实际上,就在今年年中的时候,台积电方面就表示,将CEFT晶体管技术作为未来的发展重点,且将CFET作为GAAFET的接班人,GAAFET是3纳米和2纳米工艺的晶体管技术,3纳米之前采用的是FinFET晶体管,英特尔方面也在大力发展CEFT晶体管。
因此我们就可以看到,将芯粒、CFET和先进封装结合起来,就可以实现异质异构芯片,异质异构芯片与采用依赖先进工艺的同质同构的芯片相比,性能上并不占有劣势,但是成本上却占有极大优势。
而受到影响最大的,应该就是ASML,因为市场对EUV光刻机的依赖性将会降低,事实上,在芯粒和先进封装技术被应用后,这种对EUV光刻机的依赖性已经出现降低的现象,例如无论是英特尔的欧洲工厂还是台积电的美国工厂,都没有采购新的EUV光刻机,而是通过移机的形式,即采用老工厂的旧设备,台积电甚至还将3纳米工艺的产能缩减了约8成,7纳米工艺的一座新厂也被取消。
正相反,台积电反而开始积极扩建28纳米等成熟工艺工厂。这还只是同质异构芯片刚刚被应用的开始,而异质异构芯片量产后,这种趋势将会更加明显。而ASML或许始料未及,中国在芯片技术上的发展会如此之快,因为在CFET晶体管技术上,ASML的盟友比利时微电子也将此作为未来的技术发展方向,但现在复旦大学却已经实现了。
目前我们在芯片制造前道的光刻机以及后道光刻机上,都实现了长足的进步,在芯粒技术和先进封装上也跟上了时代的步伐,如今CEFT晶体管技术的实现,无疑将会带领国产芯片进入到另一个高度,我们拭目以待。