5nm工艺集体“翻车”？先进制程极限何时到？

  IC设计公司、制造公司在5nm节点上面临相同的问题，也是这几款5nm芯片集体“翻车”的根本。不成熟的IC设计或制造工艺，都会影响性能与功耗的最大化折中。虽然不排除IC设计公司为追求更好的性能，牺牲功耗。

  在FinFET工艺之后，环绕式闸极电晶体(GAA)也开始提上议程，台积电原本计划在5nm节点上应用该技术，但考虑到综合性能和成本之后，选择继续使用FinFET工艺。让GAA的应用推迟至3nm节点上(4nm节点为5nm改良版)，外界对于功耗、性能的平衡并不了解。

  高昂的晶圆设计和制造成本

  除了功耗和性能之间的平衡外，越先进工艺的晶圆设计费用和制造成本更高。根据市场研究机构International Business Strategies (IBS)给出的数据显示，65nm工艺的设计成本需要2400万美元，28nm工艺则需要6290万美元，7nm和5nm分别达到3.49亿与4.76亿美元。

  制造成本方面，乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心(CSET)的《AI Chips: What They Are and Why They Matter》报告指出，台积电每片5nm晶圆的制造费用大约为17000美元，是7nm的近两倍;作者还估算出每颗5nm芯片需要238美元的制造成本，加上108美元的设计成本、80美元的封装和测试成本，芯片设计公司需要为每颗5nm芯片支付高到426美元(约2939元)的总成本金额。

  从第一代DUV光刻的7nm跳到EUV光刻机的7nm LPP，再到2020年实现量产的5nm FF EUV，台积电和三星又将斥巨资投入3nm的研发与量产中。台积电CEO魏哲家在投资人会议上宣布，台积电2021年资本的支出将高到250亿至280亿美元，其中80%会使用在包括3nm、5nm及7nm的先进制程上，10%用在高端封装及光罩作用，另外10%用在特殊制程上。台积电3nm制程的进度，预计将在2021年试产，在2022年下半年进入量产，帮助英特尔代工3nm处理器芯片。

  此外，三星也曾对外称其3nm GAA的成本可能会超过5亿美元，预期在2022年大规模，讲采用比FinFET更先进的GAAFET 3nm制程芯片。

  编辑点评：随着5nm工艺“翻车”，外界对先进制程的怀疑态度又增一分，首先是先进工艺的性能提升已经难以满足“摩尔定律”的延续，高昂的设计成本和制造费用，同样制约着先进制程的未来，目前采用5nm工艺的都是顶级IC设计公司，量产或明确选择5nm节点的公司有苹果、海思、高通、三星、AMD和英特尔等，晶圆厂也仅有三星、台积电和英特尔(未知何时上市)跟进。对于半导体越来越接近物理极限，摩尔定律还能持续多久？

（编辑：555手机网）

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