国产芯片如何突破5nm实现更高工艺制程?

清华教授对芯片发展的概括

半导体集成电路在所有的产业当中，是属于最基础也是最核心的一部分。使用的手机、驾驶的汽车、还有日常使用的各种电器都包含芯片。这两年集成电路领域开始投入比以往更大的生产力量，行业内也一些巨头企业也纷纷取得重大突破。

比如芯片制造巨头台积电和三星都突破了5nm制程工艺，而国产芯片想要达到5nm的程度，可能还需要好几年时间。

看似遥不可及，不过有一位清华教授认为，国产芯片想要跨过5nm实现更高工艺制程不是不可能，但要突破3项关键技术。

在2020年中国（上海）集成电路创新峰会上，清华大学教授，中国半导体行业协会副理事长魏少军带来了一番演讲，发表了《关于集成电路创新的一些思考》讲话。

魏少军提到，集成电路的发展方向概括可以分为：新器件新材料新工艺、微纳系统集成、芯片架构创新三大技术领域。

也就是说，在整个的集成电路领域，这三项技术是关键，也是未来对更高工艺制程的规划方向。比如在芯器件的变化上，魏少军提到了以前认为20nm就已经达到了摩尔定律的尽头，晶体管密度无法更进一步。

但是现在有了5nm，大部分企业对于器件结构选择的偏好，会影响行业的发展。随着晶体管结构和材料的创新，未来在应用GAA技术以后，解决3nm甚至更小尺寸的半导体工艺将不再是问题。

从芯片器件，材料，新工艺以及微纳系统集成，芯片架构创新这三个方面来看，清华教授魏少军对芯片发展的概括还是较为全面的。早期的认知在随着技术工艺的突破，将带来更先进的芯片架构。

如果国产芯片能够突破这3项关键技术，跨过5nm，实现3nm也不是不可能。但问题在于，我们有这方面的实力或者准备吗？答案是有。

各项技术的进展

首先是芯片新器件新材料新工艺。在中科院的研究下，已经在新材料方面使用石墨烯制成了8英寸石墨烯晶圆。采用石墨烯作为芯片的材料，被定义为碳基芯片。传统的芯片采用硅作为材料，所以被定义为硅基芯片。

碳基芯片的优势在于对高端光刻机没有太大的依赖，因为性能是硅基芯片的十倍。哪怕制程工艺稍微弱一点，也能取得更高工艺硅基芯片一样的效果。

新的器件，新的材料，新的工艺，一切区别于传统意义上的芯片，在全新的道路上取得突破，未必不可行。

其次是微纳系统集成。可能涉及全包围栅晶体管（GAA）和，新型晶体管结构FinFET的应用。GAA是全新可用于3nm甚至更高的晶体管技术。对更高微纳系统的集成有更高的可控度。

台积电放弃了成熟的FinFET晶体管技术，从而选择GAA，这是一项冒险，但如果实现突破的话，3nm技术工艺将不再是神话，是可以真正用在芯片制造上的。

最后是芯片架构创新，关于这一点，主要包括芯片设计初始流程。美国和欧洲在芯片设计软件上十分重视，全新的芯片架构创新产生的增值已经超过了芯片本身，其创新程度决定芯片架构的可行性。

综合来看，在各项技术进展有突破，但也有待进步的地方。尤其是在微纳系统集成和芯片架构创新，这需要时间的积累。

总结

我国对芯片的需求非常高，是全世界芯片消耗量最大的国家。每年几乎都要靠进口才能满足芯片需求，可是这不是我们的追求。极度依赖进口不是什么好事，所以要摆脱依赖，自给自足。

未来想要突破5nm甚至更高的工艺，魏少军提到的三项技术关键还需要努力耕耘，希望早日实现这几项的突破。
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