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把芯片“命根”拿捏的死死的,台积电新突破意外助力大陆

2021.5.27
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编辑杰

我是编辑杰

  目前,台积电作为全球芯片代工业的领头羊,为增强自身的核心竞争力,一直在未雨绸缪,近期更是在1纳米芯片生产线上实现破冰。不过,有趣的是,台积电这一新的突破,却无形中提升了我国半导体产业的地位,因为它的“命根”很大程度上为大陆掌控。

  众所周知,前几年美国向我们中国扔出禁止纸片芯片的禁令,台积电突然宣布断供,给了中国一个教训。虽然生意人本性逐利,但有些底线是不能触碰的。为了追求所谓的最高利益,放弃底线,必然会遭到报应。

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  本月,台积电联合台大和美国麻省理工学院,共同发布了1纳米芯片的最新研究成果,不料却提升了大陆半导体的地位。

  到底发生了什么事呢?为了回答这一问题,自然就不得不提及摩尔定律,这是世界上公认的发展半导体产业的铁则。

  然而大约一年半以前,有人甚至提出了摩尔定律将会放缓,并且预言它将失效。随着摩尔定律速度的逐渐放慢,他认为未来的硅片规格不会满足1纳米和1纳米以下的芯片工艺要求。尽管在过去的许多年里,芯片一直在以惊人的速度发展,但是自从摩尔定律被提出以来,它的发展只持续了半个世纪。

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  在1965-2010年间,集成电路上的晶体管容量每1~2年就增加一倍左右,而且性能也有了很大的提高。但是在2013年之前,经过国际半导体相关机构的研究发现,全球半导体技术发展路线图的增长趋势,已开始逐渐放缓。截至2013年底,预计未来几年内,晶体管的密度将保持每三年翻一番的趋势,这让我们看到了纳米芯片的发展历史。在21世纪初,芯片制造过程是130 nm,但是当时人们对纳米的认识还不够充分,不知道平时用的奔腾3处理器用的是130 nm芯片。

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  2004年,90 nm横空出世,奔腾4立即紧跟时代步伐。以前的电脑在性能上无法突破,得益于当时纳米芯片的进步,它的性能也得到了进一步地提高。同时半导体产业也已初具规模,英特尔、英菲林、德州仪器、 IBM、台积电和联电等公司也迅速掌握了90 nm制程,引领时代潮流。多年以后,随着纳米芯片的体积越来越小,人们手中的手机和智能设备也变得更加先进。在2012年之前,22 nm芯片出现之后,半导体企业开始分为三六九等。在22 nm芯片的工艺过程中,英特尔、联电、格芯、台积电、三星等企业都能做到这一点,但在14 nm芯片的工艺过程中,联电没有跟上大家,最终还是止步不前。

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  接着到了10纳米阶段,曾经独步天下的昔日半导体龙头英特尔,却被这道壁垒堵住了,怎么也绕不过去。即使英特尔最终能够勉强生产10 nm芯片,也只能用于低端机,而其研发的I5和I7处理器却不能采用这种先进的工艺。

  直到2018年,台积电在7纳米工艺上取得突破,英特尔仍未赶上。此时格子心也被难住了,一直无法突破7纳米工艺。你要知道,当时Y军和航天工业的芯片都依赖格芯,这一失败把台积电推向了Y军的面前,而且为了获得长期的利润,台积电还直接宣布将投资120亿美元在英国建造工厂。

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  英特尔被困在10 nm,格芯被困在7 nm,而现在5 nm芯片更难了,只剩下三星和台积电了。尽管如此,三星还是要落后于台积电一些。由于三星在2021年初才推出5 nm版本,它的量产尚需时日。回望台积电,到2019年已实现6 nm量产,到2020年又突破5 nm量产,早已呈现出一技之长的姿态。然而面对从5 nm到3 nm这一关键节点,台积电也终于开始有些力不从心了,因为在此之前它并没有与两所大学联合,提出将铋(Bi)作为芯片二维材料的接触电极。

  在台积电的最新成果还没出来之前,学术界普遍认为,硅片可容纳元件的数目已达到极限,再往下翻一倍是很困难的。

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  因此有人直接提出,能否使用二维材料代替,因为它可以把电子控制在两个维度之间,这样就可以实现对硅片的有效利用,从而增加晶体管的数量。但是为什么台积电这次在1纳米芯片上的突破,就是在提升大陆半导体的实力呢?其中只有一个原因,那就是原材料的占比,这为大陆厂商提供了新的方向。

  图中所示为由国外一个地质调查机构发布的数据,即今天台积电所提出的半金属铋(Bi)在全球各国的储量比例。现在我们国家的储量是24万,而全球的储量是32万,显然我们国家的储量大约占全球的75%。我国作为1 nm芯片加工原料大国,在这方面也算得上是得天独厚。 

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  然而,我们大家都知道,我们中国地大物博,矿藏丰富。据统计,前几年我国每年出口的铋矿数量居世界首位。那意味着什么呢?恐怕笔者不需要多说什么了吧。此外,尽管台积电目前的1纳米芯片才刚刚取得突破,但对于硅基芯片而言,这也是一个巨大的进步,它可以突破阻碍硅基芯片实现或将实现1纳米工艺的障碍。根据作者的理解,半金属铋的生产目前主要分为两个流程,一是台积电的沉积过程,二是大型科研团队的氦离子束微影系统。但是他们的原料来源仍然是个问题,因此这对内地来说的确是个难得的机会。这是因为,如果1纳米芯片实现量产,那时这种半金属铋肯定会在世界范围内成为抢手货。

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  因此,我国作为原材料生产大国,半导体的地位必将随之提高。由于我公司在铋矿市场上自然占有最大的优势。你们应该明白,为什么笔者要说台积电突破1纳米,中国还是掌握了它的“命根”。由于全球半金属铋这一原料75%的储备都在我们手中。您可能会说,单纯地依赖原材料是不能在半导体产业取得进展的。事实上,只有掌握了核心的生产技术,我们才能在半导体领域获得话语权。但你们看不到的是,如今我国的芯片企业都在争分夺秒地攻克自己的芯片,为解决被卡在脖子上的问题而不懈努力,相信国产半导体产业崛起的日子也不远了。


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