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14與16納米晶片差距在哪?為何惹得三星和臺(tái)積電“你追我趕”

發(fā)布時(shí)間:2015-06-23 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】三星和臺(tái)積電這一對(duì)冤家近期在半導(dǎo)體制程上你追我趕,進(jìn)度不相上下。雙方均想憑借先進(jìn)的技術(shù)搶得圓代工中的大部分訂單,戰(zhàn)爭主要爆發(fā)在14與16納米之間。對(duì)外行來說,這兩納米的差距似乎并不大,其實(shí)不然。這其中的差距在哪?縮小制程面臨著那些難處?又有哪些優(yōu)勢?下面大家就隨小編一起來看看吧。
 
納米到底有多細(xì)微?
 
在開始之前,要先了解納米究竟是什么意思。在數(shù)學(xué)上,納米是0.000000001公尺,但這是個(gè)相當(dāng)差的例子,畢竟我們只看得到小數(shù)點(diǎn)后有很多個(gè)零,卻沒有實(shí)際的感覺。如果以指甲厚度做比較的話,或許會(huì)比較明顯。
 
用尺規(guī)實(shí)際測量的話可以得知指甲的厚度約為0.0001公尺(0.1毫米),也就是說試著把一片指甲的側(cè)面切成10萬條線,每條線就約等同于1納米,由此可略為想像得到1納米是何等的微小了。
 
知道納米有多小之后,還要理解縮小制程的用意,縮小電晶體的最主要目的,就是可以在更小的晶片中塞入更多的電晶體,讓晶片不會(huì)因技術(shù)提升而變得更大;其次,可以增加處理器的運(yùn)算效率;再者,減少體積也可以降低耗電量;最后,晶片體積縮小后,更容易塞入行動(dòng)裝置中,滿足未來輕薄化的需求。
 
再回來探究納米制程是什么,以14納米為例,其制程是指在晶片中,線最小可以做到14納米的尺寸,下圖為傳統(tǒng)電晶體的長相,以此作為例子??s小電晶體的最主要目的就是為了要減少耗電量,然而要縮小哪個(gè)部分才能達(dá)到這個(gè)目的?圖1(a)中的L就是我們期望縮小的部分。藉由縮小閘極長度,電流可以用更短的路徑從Drain端到Source端(有興趣的話可以利用Google以MOSFET搜尋,會(huì)有更詳細(xì)的解釋)。
晶片
此外,電腦是以0和1作運(yùn)算,要如何以電晶體滿足這個(gè)目的呢?做法就是判斷電晶體是否有電流流通。當(dāng)在Gate端(綠色的方塊)做電壓供給,電流就會(huì)從Drain端到Source端,如果沒有供給電壓,電流就不會(huì)流動(dòng),這樣就可以表示1和0。
 
尺寸縮小有其物理限制
 
不過,制程并不能無限制的縮小,當(dāng)我們將電晶體縮小到20納米左右時(shí),就會(huì)遇到量子物理中的問題,讓電晶體有漏電的現(xiàn)象,抵銷縮小L時(shí)獲得的效益。作為改善方式,就是導(dǎo)入FinFET(Tri-Gate)這個(gè)概念,如右上圖。在Intel以前所做的解釋中,可以知道藉由導(dǎo)入這個(gè)技術(shù),能減少因物理現(xiàn)象所導(dǎo)致的漏電現(xiàn)象。
 
更重要的是,藉由這個(gè)方法可以增加Gate端和下層的接觸面積。在傳統(tǒng)的做法中(左上圖),接觸面只有一個(gè)平面,但是采用FinFET(Tri-Gate)這個(gè)技術(shù)后,接觸面將變成立體,可以輕易的增加接觸面積,這樣就可以在保持一樣的接觸面積下讓Source-Drain端變得更小,對(duì)縮小尺寸有相當(dāng)大的幫助。
 
最后,則是為什么會(huì)有人說各大廠進(jìn)入10納米制程將面臨相當(dāng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),主因是1顆原子的大小大約為0.1納米,在10納米的情況下,一條線只有不到100顆原子,在制作上相當(dāng)困難,而且只要有一個(gè)原子的缺陷,像是在制作過程中有原子掉出或是有雜質(zhì),就會(huì)產(chǎn)生不知名的現(xiàn)象,影響產(chǎn)品的良率。
 
如果無法想像這個(gè)難度,可以做個(gè)小實(shí)驗(yàn)。在桌上用100個(gè)小珠子排成一個(gè)10×10的正方形,并且剪裁一張紙蓋在珠子上,接著用小刷子把旁邊的的珠子刷掉,最后使他形成一個(gè)10×5的長方形。這樣就可以知道各大廠所面臨到的困境,以及達(dá)成這個(gè)目標(biāo)究竟是多么艱鉅。
 
隨著技術(shù)的成熟,臺(tái)積電與三星正在加快14與16納米FinFET的量產(chǎn)進(jìn)程,兩者勢必會(huì)在近期內(nèi)爭奪蘋果iPhone手機(jī)芯片的代工,兩家企業(yè)的良性競爭勢必會(huì)為消費(fèi)者們帶來更加省電的同時(shí)功能性更佳的產(chǎn)品,希望今后的市場上多一些這樣的良性競爭。
 
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