世界芯片纳米技术发展史

世界芯片纳米技术发展史？

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

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。

芯片是半导体元件产品的统称，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。

19世纪30年代到20世纪初，英国、法国、德国、美国科学家不断发现半导体存在的诸多特征。随后，半导体领域开始经历从电子管、晶体管到集成电路、超大规模集成电路历程。

一直到1946年2月14日，世界上第一台电子数字计算机ENIAC（埃尼阿克）在美国问世，但其是一个庞然大物，重30吨，占地约170平方米，装有18,000只电子管。

20世纪人类的科学技术发生了翻天覆地的变化，人类对微观世界有了更深认识，随着对微观世界了解的逐步增多，人们认识到实际上微观世界里同样奥妙无穷，别有洞天。

早在20世纪50年代美国著名物理学家费曼就提出了要在小处做文章的想法。他说以前人类都是把能够看得见的东西做成各种形状，得到各种工具，为什么不能从单个分子甚至原子出发而组装制造物品呢。费曼憧憬说：“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，制造产品将会产生怎样的奇迹?”今天伴随着纳米科技的一步步发展，费曼提出的设想正在逐渐变成现实梦想将以实现。

1990年，美国贝尔实验室推出惊世之作——一个跳蚤般大小，但“五脏俱全”的纳米机器人诞生了。

1990年7月，在美国巴尔的摩同时举办了第一届国际纳米科学技术会议和第五届国际扫描隧道显微学术会议，标志着纳米科技的正式诞生，科学家们正式提出了纳米材料学、纳，米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念，并决定出版《纳米技术》、《纳米生物学》和《纳米结构材料》三种国际性专业期刊。从此，一门崭新的具有潜在应用前景的科学技术——纳米科技成为了全世界科技界的密切关注的焦点。

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。

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