5nm工藝的案例
3nm工藝問世之前，那些仍在演進中的7nm和5nm
下面這張圖中至少多出了3個新的工藝節點，還有節點位置上的調整，比如說相對顯著的是4LPE/4nm，從原本從屬于7LPE同代演進，改為一次完整迭代——這個會在下文中提到。
此前的工藝中，從屬10LPE工藝演進中，三星增加了一個8LPA。三星表示相比于8LPU，8LPA實現了10%的性能提升和15%的功耗縮減。另外在7LPP工藝以下多出5LPP，算是改進版的5nm節點，相比5LPE有5%的性能提升、10%的功耗縮減。新增的4LPP演進會在下文中提及。
回顧一下三星的5nm工藝。之前的文章多次提過，臺積電和三星在7nm之后的路線規劃是存在較大差異的。尤其臺積電N5工藝是屬于N7工藝的完整迭代，而三星的5LPE(和新增的5LPP)本質上屬于7LPP的同代工藝演進。所以N5和5LPE的競技舞臺其實還是有極大差異的。
三星在用詞上一向都比較“考究”，完整工藝迭代叫innovation，而同代工藝的BKM更新叫evolution——可能叫BKM更新有點不合適，畢竟5LPE相比7LPP實際的性能、效率、晶體管密度提升還是遠超一般的BKM更新的(0.75倍的邏輯電路面積縮減/10%性能提升/20%功耗下降)。
5LPE是去年下半年開始大規模量產的，高通驍龍888就是采用了該工藝的代表性產品。一個家族內的工藝演進通常也意味著可復用的IP，以及金屬層方面的一些優化措施、標準單元的小幅變化等——晶體管和SRAM單元基本保持一致。三星原本的路線是更早地在7nm工藝上應用EUV技術，以及更早地在3nm工藝上應用GAA晶體管，這些都是眾所周知的了。所以5LPE成為其中的一個過渡產品。
展開 ASML：最新光刻機可支持5nm制程工藝，很快進入中國市場
全球高端光刻機壟斷霸主ASML亞太區技術營銷協理鄭國偉介紹，2018年下半年ASML已開始出貨最先進的浸潤式光刻機NXT:2000i，符合集成電路制造5nm制程工藝需求。ASML中國區總裁沈波在接受采訪時表示，這臺ASML最先進的設備也將很快在中國市場看到。
此前曾有消息稱ASML受到限制沒有把最好的機器設備銷售給中國，對此，沈波表示，上述說法并非事實。ASML的EUV、NXT:1980等高端設備均已進入中國。目前ASML最新最先進的支撐7nm/5nm制程工藝的NXT:2000i也會很快在中國市場看到。
根據 中銀國際 機械團隊統計，2018年5月19日，長江存儲訂購的ASML193nm浸沒式光刻機運抵武漢；5月21日，華力二期（華虹六廠）訂購的193nm雙極沉浸式光刻機NXT:1980Di已經進場。 中芯國際 也已向ASML購買一臺EUV（極紫外線）光刻設備，預計2019年交付。這些設備價格十分高昂，單價在7000萬美元至1.2億美元。
據統計，2017年全球半導體光刻設備廠中，ASML以80%以上的市占率穩居龍頭，其次是日本廠商尼康（Nikon)和 佳能 （Canon），而在高端EUV光刻機臺方面，ASML幾乎100%壟斷供應。
“如果我們交不出EUV的話，摩爾定律就會從此停止”，ASML董事長Peter曾接受媒體采訪時說。摩爾定律演進對設備廠商提出很大的技術研發挑戰，巨額的研發投入已經不是一家公司能夠負擔。目前， 英特爾 、 臺積電 、 三星 等ASML所服務的集成電路制造客戶，已經成為ASML的股東，協助ASML研發。 摩根大通 最新報告表示，ASML已經確認1.5nm制程的發展性，可支撐摩爾定律延續至2030年。沈波指出，2018年ASML投入16億歐元研發，占營收約15 %。
展開 三星：明年推5nm工藝，3nm GAA將在2020年面世
三星揭露2018 - 2020 年之制程技術發展藍圖
而2019 年該公司將進一步推出優化7 納米的優化版，即5 納米和4 納米制程；但是最受全場矚目的，則是三星揭露2020 年3 納米制程將首度導入環繞式閘極(GAA) 電晶體，此前比利時微電子研究中心即曾發表研究報告認為，環繞式閘極(GAA) 電晶體將是未來最有可能突破7 納米技術以下FinFET 工藝之候選人。
下一代晶體管架構
Gate-All-Around就是環繞柵極，相比于現在的FinFET Tri-Gate三柵極設計，將重新設計晶體管底層結構，克服當前技術的物理、性能極限，增強柵極控制，性能大大提升。自二十一世紀初以來，三星和其他公司一直在開發GAA技術。 GAA晶體管是場效應晶體管（FET），在通道的所有四個側面都有一個柵極，用于克服FinFET的物理縮放比例和性能限制，包括電源電壓。
三星公司市場副總裁Ryan Sanghyun Lee表示，自2002年以來，三星專有的GAA技術被稱為多通道FET（MBCFET）。據該公司介紹，MCBFET使用納米片器件來增強柵極控制，顯著提高晶體管的性能。
據了解，三星口中的MBCFET,其實屬于水平溝道柵極環繞技術(Horizontal gate-all-around,有些文獻中又稱為Lateral gate-all-around,以下簡稱水平GAA，柵極環繞則簡稱GAA)的一種.
盡管并沒有公開對外宣布,但其它的芯片廠商其實也在同一個方向努力,所計劃的啟用時間點也是大同小異.大家都是采用水平GAA,只不過鰭片形狀各有不同,三星是采用納米板片形狀的鰭片,有些廠商則傾向橫截面為圓形納米線形狀的鰭片....這些都隸屬于水平GAA,其它的變體還包括六角形鰭片,納米環形鰭片等。
展開 三星｜發布Exynos W920：全球首款5nm工藝生產的可穿戴芯片組
最后，預計三星會在即將于明日發布的 Galaxy Watch 4 系智能手表上搭載最新的 5nm Exynos W920 可穿戴芯片組。
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臺積電發布N4P工藝：增強版的5nm制程技術都有哪些不同？
臺積電稱，N4P的性能較原先的N5增快11%，較N4增快6%。與N5相比，N4P的功耗效率提升22%，晶體管密度增加6%。
N4P工藝和此前N4工藝一樣，提供了更多的PPA（功率、性能、面積）優勢，但保持了相同的設計規則、設計基礎設施、SPICE模擬程序和IP。
此外，N4P通過減少掩模數量降低了工藝復雜性并縮短了晶圓周期時間。
由于都是5nm技術平臺，臺積電稱N4P制程技術設計可將基于5nm制程的產品輕松移轉。
憑借N5、N4、N3和最新的N4P，臺積電客戶在其產品的性能、面積、成本和功耗等多方面都可以有非常靈活的工藝選擇。
臺積電目前提供的5nm制程之后大規模制程的生產路線圖被認為如下：
iPhone13系列中的Apple A15Bionic工藝是由臺積電使用5nm （N5P） 工藝制造的，先前曾有傳言稱，蘋果下一代處理器會首發臺積電3nm工藝。但現在由于技術限制，臺積電無法保證3nm的量產時間，產能問題也尚未解決。
如今，臺積電剛好在這個時候帶來了N4P工藝，
按照蘋果一貫的行事風格A16很有可能使用更為穩妥N4P工藝制程，這意味著明年旗艦智能手機的下一代高通驍龍898芯片很可能也將使用4nm節點制造。同時，
即將推出的聯發科技天璣2000SoC也據稱正在使用4nm工藝進行開發
。
展開 臺積電：5nm明年試產，3nm已經準備就緒
臺積電250億美元豪賭5nm工藝
摩爾定律問世50年多來一直指導著半導體行業的發展，但在10nm節點之后普遍認為摩爾定律將會失效，制程工藝升級越來越難。今年臺積電、三星及Globalfoundries將把制程工藝推進到7nm。下一個節點是5nm，臺積電在今年六月的半導體技術論壇上宣布將投資250億美元研發、生產5nm工藝，預計2020年問世。
據之前的資料，與初代7nm工藝相比，臺積電的5nm工藝大概能再降低20%的能耗，晶體管密度再高1.8倍，至于性能，預計能提升15%，不過使用新設備的話可能會提升25%。從這里預估的數據來看，制程工藝到了5nm之后，性能或者能效提升都會放慢，而制造難度也越來越高，投資高達數百億美元，這也導致了未來的5nm芯片成本非常貴。
目前開發10nm芯片的成本超過了1.7億美元，7nm芯片則要3億美元左右，5nm芯片研發預計成本超過5億美元，而開發28nm工藝芯片只要數千萬美元，這一趨勢將導致未來的5nm芯片客戶越來越少，未來只有蘋果等少數資本雄厚的公司才會堅持升級制程工藝了。
5nm工藝之后還會有3nm工藝，此前只有三星公布了3nm工藝的路線圖，在這個節點上三星將改用GAA晶體管，FinFET晶體管在5nm之后將逐漸被放棄，廠商們需要開發新的晶體管架構，GAA就是其中之一。
3nm制程工藝最快2022年底投產
八月底，臺積電公布了3nm制程工藝計劃，目前臺南園區的3nm晶圓工廠已經通過了環評初審，臺積電計劃投資6000億新臺幣（約為194億美元），2020年開始建廠，2021年完成設備安裝，預計最快2022年底到2023年初投產，3nm廠完成后預計雇用員工達四千人。
展開 5nm處理器功耗“翻車”，新榮耀首作V40選聯發科還是高通？
榮耀剛剛活過來就選擇直接硬杠小米，不過在當下芯片缺貨潮引發的手機漲價背景下，國產廠商之間通過競爭壓低5G手機售價，可以令消費者受益。
除了小米11，近期包含IQoo、黑鯊、Redmi等多個品牌都宣布即將發布搭載驍龍888處理器的手機，可見今年旗艦手機市場將是5nm工藝的天下。
第一代5nm移動處理器集體翻車？
5nm的處理器雖然新，但性價比一定高嗎？前兩天，我們剛剛發布了拆解小米11的文章，從各位數碼博主的評論來看，驍龍888的發熱量還是很可觀的。這也是此前業界討論很多的話題：5nm處理器集體翻車了！據悉，首批5nm移動處理器除了普遍存在過熱問題外，還表現不佳。
目前已量產的5nm移動SoC對比（圖自：網絡）
最早發布的5nm處理器，是蘋果的A14和華為麒麟9000。三星5nm的獵戶座來得有點晚，是因為臺積電量產5nm時，三星自家工藝還面臨一些困難導致處理器不能生產。直到2020年下半年，三星才量產5nm工藝處理器Exynos 1080，就在今天（1月13日）凌晨，三星又在CES 2021上正式發布全新一代旗艦手機芯片Exynos 2100，這是三星最新的基于5nm工藝的旗艦移動處理器。
其實從7nm跳到5nm這個過程中，所有的芯片廠商都是“摸著石頭過河”，此前還有消息指出iPhone 12系列搭載的5nm A14處理器也存在著發熱問題，一天晚上待機就逝去超過15%的電量。
在這點上，功耗過高其實是蘋果A系列傳統。這幾年A系列處理器一直是同代友商產品中功耗最高，也是性能最強的，A14 與上一代相同采用了“2大+4小”的架構，但大核史無前例地拉到了3GHz的峰值頻率，相比上代A13提高了13%。畢竟高負載的時候功耗高，但對應的性能也沒話說，而日常低負載的話功耗反而是最低的。
展開 臺積電：7nm EUV芯片首次流片成功 5nm明年試產
全球一號代工廠臺積電宣布了有關極紫外光刻(EUV)技術的兩項重磅突破，一是首次使用7nm EUV工藝完成了客戶芯片的流片工作，二是5nm工藝將在2019年4月開始試產。今年4月開始，臺積電第一代7nm工藝(CLN7FF/N7)投入量產，蘋果A12、華為麒麟980、高通“驍龍855”、AMD下代銳龍/霄龍等處理器都正在或將會使用它制造，但仍在使用傳統的深紫外光刻(DUV)技術。
而接下來的第二代7nm工藝(CLNFF+/N7+)，臺積電將首次應用EUV，不過僅限四個非關鍵層，以降低風險、加速投產，也借此熟練掌握ASML的新式光刻機Twinscan NXE。
7nm EVU相比于7nm DUV的具體改進公布得還不多，臺積電只說能將晶體管密度提升20％，同等頻率下功耗可降低6-12％。
如今在7nm EUV工藝上成功完成流片，證明了新工藝新技術的可靠和成熟，為后續量產打下了堅實基礎。
臺積電沒有透露這次流片成功的芯片來自哪家客戶，但是想想各家和臺積電的合作關系，其實不難猜測。
7nm之后，臺積電下一站將是5nm(CLN5FF/N5)，將在多達14個層上應用EUV，首次全面普及，號稱可比初代7nm工藝晶體管密度提升80％從而將芯片面積縮小45％，還可以同功耗頻率提升15％，同頻功耗降低20％。
2019年4月，臺積電的5nm EUV工藝將開始風險性試產，量產則有望在2020年第二季度開始，正好滿足后年底各家旗艦新平臺。
臺積電5nm工藝的EDA設計工具將在今年11月提供，因此部分客戶應該已經開始基于新工藝開發芯片了。
隨著半導體工藝的急劇復雜化，不僅開發量產新工藝的成本大幅增加，開發相應芯片也越來越費錢，目前估計平均得花費1.5億美元，5nm時代可能要2-2.5億美元。
展開 直逼物理極限：7nm進入量產 5nm正在進行時
今年年初臺積電就建設了一座全新的5nm晶圓廠，之后臺積電再次宣布將開始5nm制程的“風險生產”，時間將是明年上半年；而三星則在美國舉行的三星工藝論壇SFF 2018 USA之上，宣布將連續進軍5nm、4nm、3nm工藝，直逼物理極限。
從國內政策來看，半導體業已成為重點產業，系列先進技術的研發也在逐步推進并取得不錯的成就，比如此次華為麒麟980的發布。接下來，攻關5nm及以下工藝技術，爭取2030年集成電路達到國際先進水平，將成為未來幾年的重點目標。
業內人士表示，未來的“芯片”對于手機而言越來越重要，誰握有最先進的技術，誰將成為市場的領導者。隨著半導體技術的升級，智能手機市場也可能因此迎來新熱潮，我們拭目以待。
展開 2022晶圓代工產業展望：產能仍將吃緊，3nm工藝爭奪成新看點
與5nm工藝相比，3nm工藝可以將晶體管密度提高70%，提高15%的性能，降低30%的功耗。
三星積極爭奪3nm的先手優勢。三星電子總裁兼代工業務負責人Siyoung Choi日前在晶圓代工論壇上宣布，三星電子將于2022年上半年開始生產首批3nm芯片，第二代3nm芯片預計將于2023年開始生產。
按照規劃，三星電子的3nm GAA工藝將采用MBCFET晶體管結構，與5nm工藝相比，其面積減少了35%，性能提高了30%且功耗降低了50%。Siyoung Choi談道：“我們將提高整體產能并引領最先進的技術，同時進一步擴大硅片規模并通過應用繼續技術創新。”事實上，此前三星曾經計劃于今年便開始量產3nm工藝。但是，轉向全新制造技術的難度很大，使得三星不得不將量產時推遲。然而，三星推遲后的量產計劃依然早于臺積電。
三星與臺積電在2nm工藝上的競爭更加激烈。在晶圓代工論壇上，Siyoung Choi表示，三星電子將于2025年推出基于MBCFET的2nm工藝。據媒體報道，臺積電預計2nm工藝的全面量產約在2025年-2026年。
此前，三星、IBM和英特爾簽署聯合開發協議，共同研發2nm制造工藝。今年5月，IBM率先發布全球首個2nm制造工藝。實現在芯片上每平方毫米集成3.33億個晶體管，遠超此前三星5nm工藝的每平方毫米約1.27億晶體管數量，極大地提升了芯片性能。
隨著5G、高性能計算、人工智能的發展，市場對先進工藝的需要越來越高。3/2nm作為先進工藝下一代技術節點，成為三星、臺積電的發展重點。半導體專家莫大康指出，由于2nm目前尚處于研發階段，其工藝指標尚不清楚。不能輕易判斷是否也一個大節點。
展開 3倍，光刻機巨頭擴產
此后三星的7nm/5nm工藝，臺積電的第二代7nm工藝和5nm工藝的量產均高度依賴于0.55數值孔徑的EUV光刻機來進行生產。
目前英特爾、臺積電、三星等頭部的晶圓制造廠商正大力投資更先進的3nm、2nm技術，以滿足高性能計算等先進芯片需求。而3/2nm工藝的實現則需要依賴于ASML新一代的高數值孔徑 (High-NA) EUV光刻機EXE:5000系列。
但是，High NA EUV光刻系統造價相比前代的EUV光刻機也更高了，達到了3億美元。
據了解，EXE:5000主要面向的是3nm工藝。而第二代的0.55 NA EUV光刻機TWINSCAN EXE:5200將會被用于2nm工藝的生產。
ASML官方表示，在2021年第四季度收到了一份TWINSCAN EXE:5000的訂單。自2018年以來，ASML已經收到四份TWINSCAN EXE:5000的訂單。
此外，今年1月19日，ASML宣布2022年一季度，其第二代High－NA光刻機TWINSCAN EXE：5200獲得了首個訂單，第二代High－NA光刻機被用于2NM制程芯片制造，有望在2024年實現交付。
結合2021年7月底，英特爾曾宣布將在2024年量產20A工藝（即2nm工藝），并透露其將率先獲得業界第一臺High－NA EUV光刻機。
展開 
方寸之困：納米級芯片通關路
從2011年發布的22nm節點到2019年公布的5nm節點，這種FinFET立體結構一直占據主導地位。
在FinFET結構下，近幾年，手機芯片正取代筆記本電腦芯片，成為推動制程工藝繼續發展的主要動力。
2016年，誕生的三星 Exynos 9和高通驍龍835等開始采用10nm制程的芯片。2018 年，蘋果在iPhone XS上首先用上了7nm制程的A12 Bionic芯片；緊隨其后，高通驍龍855和華為海思的麒麟980也采用了臺積電的7nm工藝。半導體器件制造工藝正式進入7nm時代。
2020年正式進入5nm時代。驍龍X60成為全球首款基于5nm工藝打造的芯片，也是全球第一款5nm工藝的5G芯片。
但難度也同時存在，也就是5nm再繼續向下發展時，晶體管將經歷穿過柵氧化層的量子隧穿，即使采用這種三維結構也會出現漏電的情況。因此，5nm制程一度曾被認為是摩爾定律的終結。
而如果想推進到3nm制程，晶體管架構還需要要實現一種全新的改造。
納米芯片下一步，向3nm以下邁進
在5nm制程之后，芯片的下一個完整技術節點就邁向了3nm制程。2017年，臺積電宣布計劃在2023年開始批量生產3 nm工藝節點。在2018年初，IMEC和Cadence表示，已經使用極端紫外線光刻（EUV）和193 nm 浸沒式光刻技術制作了3 nm測試芯片。
而今年初，三星率先宣布已經成功制造出第一個3nm工藝的原型。
展開 牛！中國工程師破解蘋果M1芯片，輕松擴容16G內存，1TB硬盤
M1芯片采用臺積電目前最先進的5nm工藝制造，搭載了8核CPU、8核GPU以及一個16核的神經網絡引擎。CPU、GPU、緩存集成在一起，其中包含160億個晶體管，數量創造了蘋果芯片的新高。
M1芯片采用臺積電目前最先進的5nm工藝制造，搭載了8核CPU、8核GPU以及一個16核的神經網絡引擎。CPU、GPU、緩存集成在一起，其中包含160億個晶體管，數量創造了蘋果芯片的新高。
M1芯片的8核CPU分為4個高性能核心和4個高效能核心。
每個高性能核心都提供出色的單線程任務處理性能，讓攝影師可以飛速編輯高分辨率照片，讓開發者能以近乎 3 倍于以往的速度構建 app。當四個核心同時運行，多線程處理性能表現將極大提升。
隨著英特爾處理器越來越高的功耗，與蘋果Mac產品的理念逐漸背道而馳。
作為一款低能耗芯片，M1 擁有迄今最快的中央處理器核心、最快的個人電腦集成顯卡，還有著機器學習超強的 Apple 神經網絡引擎。
M1 芯片還采用了統一內存架構，將一切都融入同一個高帶寬、低延遲的內存池中。所有的 SoC 技術都可以訪問同樣的數據，無需在多個內存池之間來回拷貝，從而讓性能和能效進一步提升。
蘋果表示，它提供了世界上最好的CPU每瓦特的性能。它能以四分之一的功耗提供與典型筆記本電腦CPU相同的峰值性能。
集耗能低、運行快、性能高于一身的M1芯片是蘋果的巨大的跨越，但是想要在內存上得到升級，我們只能「加錢」購買。
擴容須謹慎，擴容有風險。
展開 技術從65nm升級到5nm！造出國產頂尖刻蝕機
直到2020年，中微半導體成為全球第一家成功研制出5nm精度刻蝕機的企業，并獲得了臺積電認可，用于臺積電5nm芯片工藝生產線。
然而就在近日，根據4月6日權威媒體報道，中微正式官宣，該公司研發的等離子刻蝕機設備已經進入客戶的5nm生產線。其中，中微開發的12英寸高端刻蝕機設備已運用在國際知名客戶最先進的生產線上并用于5nm及5nm以下器件中若干關鍵步驟的加工。
需要了解的是，5nm工藝是目前最先進的芯片工藝技術，全球也僅有兩家掌握該工藝的技術，分別是臺積電和三星。這也就意味著，中微研發出的5nm刻蝕機已經進入到臺積電或三星5nm生產線。
雖說在半導體設備領域當中，中國光刻機的技術水準相比海外要晚好幾代，但目前刻蝕機是我國最具有優勢的半導體設備領域，而且重要性也是相當重要。數據顯示，我國蝕刻設備的國產化率已經達到20%以上，而且國產蝕刻機的市場規模也在隨著中國半導體市場規模的擴張不斷提升。
總的來說，中國芯片產業起步晚，長時間都受制于人。要想打破國外壟斷就必須加強整個產業鏈的研發，這其中就包括光刻機、刻蝕機、EDA軟件等。正所謂，千里之行始于足下，相信用不了三五年中國半導體產業將煥然一新。
展開 聚焦 | 臺積電史上最杯具工藝：20nm徹底消失了
工藝節點方面，如果回顧臺積電五六年來的變化，會發現一些有趣的現象。
目前，5nm、7nm兩大最新工藝已經在臺積電總收入中占據半壁江山，合計達49％，不過5nm的占比從上季度的20％大幅跌至14％，7nm則從29％恢復增加到35％。
原因很簡單，臺積電5nm工藝的客戶、產品并不多，還損失了華為，7nm則更加成熟，成本也更低，自然能吸引更多訂單。
10nm工藝作為一個過渡節點，一直沒能占據主導地位，2017年第二季度量產，半年后達到峰值為25％，之后就迅速萎縮，去年第二季度就基本歸零了。
16nm是一個極為重要和普及的節點，收入占比起起伏伏都不算低，目前又略微恢復到了14％，堪比5nm。
20nm無疑是最悲劇的，其過渡性質比10nm還要重一些，2019年第一季度量產后，占比始終都沒有超過1％，到了今年第一季度終于徹底消失。
28nm、40/45nm、65nm、90nm+這些成熟工藝，因為市場需求穩定，也一直占據一席之地，還都頗為穩定。
來源: 快科技
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