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芯片制程是衡量集成电路技术水平的核心指标,指代芯片内部晶体管的关键尺寸,制程数值越小,代表晶体管尺寸越小、集成度越高、芯片性能越强、功耗越低。六十余年的产业发展中,芯片制程遵循摩尔定律持续迭代,从早期微米级别稳步迈进纳米时代,当前先进制程已突破2nm,持续推动电子设备向小型化、高性能、低功耗升级。
芯片制程的迭代有着清晰的进化逻辑,核心是提升集成度、压缩体积、降低功耗、提升算力。上世纪70年代,芯片制程为10微米级别,单颗芯片仅能集成数千个晶体管,仅能满足基础计算器、小型计算机的运算需求;80-90年代,制程迭代至1微米、0.5微米、0.18微米,大规模集成电路成型,个人电脑、传统通信设备逐步普及;21世纪初,制程进入纳米时代,90nm、65nm、45nm、28nm制程陆续商用,智能手机、平板设备快速普及,芯片集成度大幅提升,功能愈发丰富。
28nm是芯片制程迭代的重要分水岭,属于成熟制程与先进制程的分界点。28nm及以上制程技术成熟、成本可控、良品率高,适配绝大多数模拟芯片、功率芯片、工业控制芯片、物联网芯片,至今仍是全球产能占比最高的制程区间,市场需求稳定且持久。而28nm以下进入先进制程范畴,22nm、14nm、7nm、5nm、3nm、2nm持续迭代,主要适配高端手机处理器、AI算力芯片、服务器CPU、高端GPU等高算力、高集成度需求场景。
随着制程不断缩小,芯片产业逐渐逼近物理极限与工艺极限。当晶体管尺寸缩小至5nm、3nm级别时,会出现严重的量子隧穿效应,电子会不受控制地穿透晶体管栅极,导致芯片漏电、功耗飙升、稳定性下降,传统平面晶体管结构难以适配先进制程需求。为此,行业推出FinFET鳍式晶体管、GAA环绕栅极晶体管等新型结构,通过改变晶体管架构,解决先进制程的漏电问题,延续摩尔定律。同时,先进制程的研发成本、设备成本、建厂成本呈指数级增长,2nm制程的研发投入远超传统制程,技术壁垒与资金壁垒大幅提升,仅有少数企业具备先进制程量产能力。
当前产业已进入“超越摩尔时代”,单纯依靠制程缩小提升性能的路径逐渐放缓,行业开始通过Chiplet芯粒集成、三维堆叠、异构集成等新技术,在不依赖极致制程的前提下,提升芯片整体性能,成为未来集成电路发展的新方向。制程迭代放缓、多元集成技术崛起,将成为未来芯片产业的核心发展趋势。