尽管近年来包括英伟达CEO黄仁勋在内的众多悲观预测层出不穷,摩尔定律依然展现着强大生命力。这是芯片研发机构IMEC最新路线图传递的核心信息。事实上,若该路线图准确无误,我们已经可以清晰预见直至2039年芯片制造工艺将如何推进至0.2纳米节点。

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在深入探讨前,需要重申关于摩尔定律的基本认知:这并非自然法则,而是对历史规律的总结与未来预测。具体而言(根据英特尔定义),它指“单芯片晶体管数量每两年以最低成本实现翻番”——即每隔两年,同等价格可获得复杂度翻倍的芯片。虽然“两年周期”并非铁律,本质上是行业发展趋势。

近年来先进芯片制造成本飙升成为质疑摩尔定律的主要依据(看看显卡价格便知)。另一关键点在于芯片制程命名已严重脱离物理现实——例如所谓3纳米芯片的内部元件实际尺寸远大于3纳米。

通过TechTechPotato发布的最新视频,我们得以窥见IMEC的预测框架。作为深耕芯片基础研究的权威机构(涵盖新材料、光刻技术及晶体管设计),IMEC的研究成果深刻影响着全球芯片制造业,其行业前瞻极具参考价值。

核心工艺演进

IMEC预测行业将从台积电当前最先进的3纳米制程起步:

  • 2027年演进至14埃米(Å,1Å=0.1纳米,即1.4纳米)

  • 2029年实现10Å(1纳米)

  • 2039年突破2Å(<0.2纳米)

关键技术驱动

  1. 光刻技术:现有极紫外光刻(EUV)将持续升级,最终支撑0.2纳米以下工艺

  2. 晶体管架构

  • 2027年:鳍式场效晶体管(FinFET)过渡至纳米片晶体管

  • 2031年:叉片晶体管问世

  • 后续阶段:互补场效晶体管(CFET)实现晶体管密度翻倍

  1. 材料革命:2037年起引入原子级厚度的二维材料,可能通过晶圆间材料转移实现

  2. 供电架构:英特尔“背面供电”技术(今年将用于18A制程的Panther Lake芯片)将演进为:

  • 2026年:基础背面互连

  • 2029年:2纳米全局互连

  • 2031年:7Å节点实现含局部信号线的背面互连

物理尺寸真相

当前台积电3纳米芯片中晶体管栅极间距实际为23纳米。据IMEC测算:

  • 2027年14Å工艺:间距缩至21纳米

  • 2039年:进一步缩减至10-14纳米

这意味着真正的10纳米级物理尺寸需等到2039年——但工艺标签远不及持续进步重要。

晶体管数量跃迁

IMEC预测每两年稳定推进的制程将使芯片复杂度呈指数级增长:

  • CPU领域:2011年32纳米Sandy Bridge芯片(11亿晶体管)→ 当前酷睿Ultra 9(180亿)→ 2039年预计达3000亿

  • GPU领域:当前最大超900亿晶体管 → 2030年代末或突破1.5万亿

尽管成本控制仍存隐忧,摩尔定律的核心要义——芯片复杂度持续倍增——依然保持着旺盛的生命力。


文章标签: #芯片 #摩尔定律 #IMEC #晶体管 #纳米工艺

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