5nm剛實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，3nm還未投產(chǎn)，2nm的角逐卻已經(jīng)進(jìn)入白熱化階段，各方面都在積極籌備當(dāng)中，圍繞著晶圓廠臺積電，各大半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商、材料工藝服務(wù)商、EDA工具廠商，以及主要客戶，都開始將越來越多的精力向2nm轉(zhuǎn)移。

晶圓廠：臺積電領(lǐng)先，歐洲發(fā)力

目前來看，在3nm和2nm制程方面，臺積電相對于三星的領(lǐng)先優(yōu)勢很明顯。

2019年，臺積電率先開始了2nm制程技術(shù)的研發(fā)工作。相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)的中心和芯片生產(chǎn)工廠主要設(shè)在中國臺灣地區(qū)的新竹，同時(shí)還規(guī)劃了4個(gè)超大型晶圓廠，主要用于2nm及更先進(jìn)制程的研發(fā)和生產(chǎn)。

按照規(guī)劃，臺積電有望在 2023 年中期進(jìn)入 2nm 工藝試生產(chǎn)階段，并于一年后開始批量生產(chǎn)。

2020年9月，臺積電2nm工藝取得重大突破，研發(fā)進(jìn)度超前，業(yè)界看好其2023年下半年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)良率就可以達(dá)到90%。

3月9日，歐盟委員會提出數(shù)字化轉(zhuǎn)型最新目標(biāo)：到2030年，歐洲先進(jìn)和可持續(xù)半導(dǎo)體的生產(chǎn)總值至少占全球生產(chǎn)總值的20%，生產(chǎn)能力沖刺2nm，能效達(dá)到今天的10倍。

經(jīng)過中美科技戰(zhàn)，歐洲更加意識到科技獨(dú)立自主的重要性，決心搞自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建立自己的2nm晶圓廠。

但是從歐洲視角來看，臺積電屬于中國，受美國管制，卻跟自己沒多大關(guān)系。最該擔(dān)心的其實(shí)應(yīng)該是歐盟。所以，歐洲下定決心，必須建立自己的先進(jìn)的2nm晶圓廠。

今年2月，歐洲議會批復(fù)了《復(fù)蘇和恢復(fù)基金》（RRF），該基金將提供6725億歐元（5.2萬億人民幣）的贈款和貸款，持續(xù)三年，面向歐盟各國政府提供最高13%的預(yù)融資。

簽署聯(lián)合聲明的成員國達(dá)成的協(xié)議是，撥出至少20%的RRF資金支持?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型，未來2到3年，這筆資金將達(dá)到1450億歐元（折合約1.1萬億人民幣）。

設(shè)備：光刻機(jī)也必須與制程賽跑

對于2nm和更先進(jìn)制程工藝來說，EUV光刻機(jī)的重要性越來越高，但是EUV設(shè)備的產(chǎn)量依然是一大難題，而且其能耗也很高。

到2022年，當(dāng)3nm大規(guī)模生產(chǎn)、2nm準(zhǔn)備試產(chǎn)，需要的新EUV光刻機(jī)數(shù)量預(yù)計(jì)為57臺。

2023年，當(dāng)3nm生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、2nm開始風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)時(shí)，所需新EUV光刻機(jī)數(shù)達(dá)到58臺。

到2024年，啟動2nm的大規(guī)模生產(chǎn)，2025年生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，到時(shí)所需新EUV光刻機(jī)數(shù)預(yù)計(jì)為62臺。

前不久，中國中科院的研究人員宣布，已經(jīng)突破了設(shè)計(jì)2nm芯片的瓶頸，成功地掌握了設(shè)計(jì)2nm芯片的技術(shù)。

然而我國尚不具備5nm芯片的光刻機(jī)，更不用說2nm的光刻機(jī)了，即使我國中科技具備了2納米芯片的研發(fā)技術(shù)，依舊無法在實(shí)踐中大量推廣?！　?/p>

去年的芯片禁令讓很多人意識到高端芯片的生產(chǎn)離不開尖端EUV光刻機(jī)，但在全世界范圍內(nèi)，這一關(guān)鍵設(shè)備確僅有ASML一家公司可以生產(chǎn)，處于絕對壟斷地位。

但是，按照目前的發(fā)展趨勢，5nm制程工藝似乎已經(jīng)不滿足后續(xù)市場的需求，眾多晶圓代工廠已經(jīng)開始布局更高制程工藝的研究。

為此，ASML不得不調(diào)整策略，開始研發(fā)全新的下一代EUV光刻技術(shù)。

材料和工藝：互連技術(shù)將升級

著先進(jìn)工藝一步步向高端邁進(jìn)，芯片制造商持續(xù)在最新工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管制造技術(shù)上取得進(jìn)步，但互連技術(shù)似乎跟不上先進(jìn)工藝的步伐。

隨著晶體管尺寸的縮小，連接它們的金屬線也必須在多層互連堆積的整體層高結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。

傳統(tǒng)上一般采用銅互連，但是發(fā)展到2nm，相應(yīng)的電阻電容（RC）延遲問題非常突出。

目前，面向2nm及更先進(jìn)制程的新型互連技術(shù)主要包括：

混合金屬化或預(yù)填充，將不同的金屬嵌套工藝與新材料相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更小的互連和更少的延遲；

半金屬嵌套，使用減法蝕刻，實(shí)現(xiàn)微小的互連；

超級通孔、石墨烯互連和其他技術(shù)。

混合金屬化在互連中使用兩種不同的金屬。對于2nm來說，這很有意義，與雙金屬嵌套相比，通孔電阻更低，可靠性會提高；同時(shí)可以保持互連中銅的低電阻率。

臺積電和中國臺灣地區(qū)交大聯(lián)手，開發(fā)出全球最薄、厚度只有0.7納米的超薄二維半導(dǎo)體材料絕緣體，可望借此進(jìn)一步開發(fā)出2nm，甚至是1nm的電晶體通道。

在先進(jìn)工藝上，目前臺積電、三星及英特爾等幾家實(shí)力強(qiáng)大，日本公司主要是在光刻膠、硅片等材料有較大優(yōu)勢，但日本也沒有放棄先進(jìn)工藝上的努力。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與中國臺灣半導(dǎo)體研究中心（ TSRI ）等展開合作，開發(fā)了用于新一代半導(dǎo)體的新型晶體管結(jié)構(gòu)。

與此前的晶體管相比， CFET結(jié)構(gòu)的晶體管性能高、面積小， 有助于制造 2nm 以下線寬的新一代半導(dǎo)體。

三星計(jì)劃在3nm的時(shí)候生產(chǎn)下一代晶體管，稱為環(huán)柵場效應(yīng)晶體管。臺積電計(jì)劃將FinFETs擴(kuò)展到3nm，但將在2nm左右遷移到環(huán)柵。

當(dāng)鰭（fin）寬度達(dá)到5nm（相當(dāng)于3nm節(jié)點(diǎn)）時(shí)，F(xiàn)inFETs接近其實(shí)際極限。環(huán)柵晶體管比FinFETs具有更好的性能、更低的功耗和更低的漏電，但它們的制造難度更大，成本也更高。

其他新的和更有前途的互連解決方案即將出現(xiàn)，但它們可能要到2023年的2nm到來時(shí)才會出現(xiàn)。

EDA工具：高精尖技術(shù)集中在少數(shù)人手中

EDA作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的命脈，自始至終連接和貫穿著芯片制造和科技應(yīng)用的發(fā)展；芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試，直至電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)都離不開EDA工具。

中美貿(mào)易戰(zhàn)拉開大幕，EDA禁運(yùn)首當(dāng)其沖，成為卡脖子工程。EDA的的戰(zhàn)略性，重要性被推到空前高度。

面對2nm高精尖的制程工藝，Cadence和Synopsys創(chuàng)建了全新的EDA工具堆棧，并開發(fā)全新的IP庫。

2nm制程要求芯片開發(fā)人員必須采用全新的設(shè)計(jì)規(guī)則和流程，并重新制作他們以前可能使用過的所有內(nèi)容。

目前國內(nèi)的EDA工具很分散，提供不了全套的工具鏈，而國際EDA公司提供給芯片企業(yè)的一般都是全套工具。

國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)面臨的最大問題就是國內(nèi)沒有形成一個(gè)完整的、互相促進(jìn)的產(chǎn)業(yè)鏈，抱團(tuán)一直是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要方向。

國內(nèi)EDA工具廠商鮮少參與晶圓廠和設(shè)計(jì)公司的合作研發(fā)，有EDA產(chǎn)品生產(chǎn)出來，也得不到使用和反饋，進(jìn)而難以進(jìn)步。

中國EDA已迎來最好的時(shí)代，華大九天、國微集團(tuán)、芯華章、廣立微、概倫電子、芯和半導(dǎo)體等多家國產(chǎn)EDA公司已整裝待發(fā)，期待能以厚積薄發(fā)的技術(shù)實(shí)力快速完善中國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，支持5G、人工智能、云計(jì)算等多項(xiàng)未來科技的發(fā)展。

未來本土EDA的發(fā)展之路，還得靠腳踏實(shí)地、一步一個(gè)腳印地走出來，最終實(shí)現(xiàn)真正的本土化。

結(jié)尾

2nm先進(jìn)制程的每個(gè)環(huán)節(jié)和細(xì)分領(lǐng)域均環(huán)環(huán)相扣，只有通過產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動，才能獲得成功。而蘋果最有可能成為最先嘗鮮2nm芯片的廠商，此外在2024年之后，高通、英偉達(dá)、AMD等都會成為其2nm技術(shù)的廠商。