我們知道,微電子行業(yè)和半導體行業(yè)的進步,共同促進了人類智能芯片的蓬勃發(fā)展。而芯片的性能,如效率、能耗等,很大程度上取決于制造的工藝和芯片的制程。我們知道,微電子半導體行業(yè),一直遵守摩爾定律。何所謂摩爾定律呢?這個定律可以告訴人們,當產品的價格不變時,每隔18~24個月,單位集成電路IC上可容納的元器件數目就會增加一倍,性能和性價比也會隨之提高一倍。
當人們對芯片的加工技術達到65nm的時候,繼續(xù)使用以空氣為介質的“干式”微影技術,已經很難獲得突破。于是,在2002年,半導體行業(yè)神一般的摩爾定律突然不靈了,如果摩爾定律失效,這將意味著人類的信息技術發(fā)展可能會陷入停滯。
然而,在2002年的一次微影技術研討會上,有一位低調的中國科學家,提出了顛覆性的芯片技術方法,讓芯片制造打開了另一扇大門。該項技術,與干式工藝不同,利用水作為介質,進行浸潤式微影光刻,實現(xiàn)了整整兩倍的芯片解析度提升。這項技術的提出,讓整個芯片工藝一下子前進2~3代。更有優(yōu)勢的是,這項新工藝比傳統(tǒng)工藝的造價更為低廉、且操作簡便。
這位中國科學家就是出生于1942年的林本堅,臺積電原研發(fā)副總經理,2018年未來科學大獎“數學與計算機科學獎”獲得者。他的浸潤式光刻技術的發(fā)明,影響全球整個半導體產業(yè)進程的推進,成為全球芯片行業(yè)的領航者。不僅如此,他的發(fā)明,也讓業(yè)界的摩爾定律起死回生,人們再次看到半導體行業(yè)發(fā)展的希望。
于是,從全球量產第一代45納米芯片開始,業(yè)界不斷優(yōu)化進步,推出40納米、32納米、28納米、20納米、16納米、14納米、10納米以及今年剛公布的7納米芯片,這些都是依靠浸潤式技術創(chuàng)造的。今年全球7nm芯片的推出,讓華為的麒麟980芯片、蘋果A12、高通驍龍8150等大獲成功。從智能手機市場的不錯表現(xiàn),就能看出,7nm芯片的巨大威力。據悉,世界第一大芯片代工廠,臺積電,將會用200億美元作為啟動資金,依然基于浸潤式技術,建設世界第一個3nm級別的晶圓加工廠,這讓芯片行業(yè)再次陷入沸騰的狀態(tài),人類即將跨入3nm芯片的時代。
我們是否了解這個獨步全球的“微影浸潤式技術”呢?通俗的講,這項技術主要是將一個集成了各種管和線的電路系統(tǒng)植入到微小晶片上。如今的光影微刻技術,已經發(fā)展到一個頭發(fā)橫截面大小的半導體,可以裝下20735個SRAM(一種存儲單元)。
林本堅,為何會成為2018年未來科學大獎“數學與計算機科學獎”的唯一獲得者呢?
據不完全統(tǒng)計,從2006年開始至今,世界所有高端芯片,包括我們在用的手機里的核心芯片、以及正在推出的人工智能芯片、5G芯片和比特幣挖礦芯片,全都是浸潤式光刻技術制造出來的。林本堅是世界上第一個提出這項核心科技的科學家,這項技術對未來芯片行業(yè)的發(fā)展,具有世界級的決定性作用。獲得未來科學大獎,當之無愧。
當浸潤式光刻技術提出后,世界知名芯片加工廠商,如臺積電,三星和因特爾等,分別投入較大資金,推進該項技術。有林本堅支持的臺積電,似乎具有超強動力,一舉拿下全球一半以上的業(yè)務。
如今,臺積電已經發(fā)展成為全球第一大芯片代加工企業(yè),且冠軍地位很難被撼動。根據之前臺積電發(fā)布的2018年第三季度財報可知,該季度臺積電的營收達到人民幣約588億元,換句話說,臺積電平均每天可以收入6.5億元。2018年上半年,臺積電的全球市場份額達到56%,并且臺積電已經拿下了華為、高通、聯(lián)發(fā)科、NVIDIA以及蘋果等公司的大量芯片訂單。根據相關報道,蘋果公司2019年的A13也將由臺積電代工生產。據預測,臺積電的全球市場份額,將有望在2019年超過60%。
另一方面,原本擁有蘋果芯片加工訂單的三星,被臺積電奪走A10、A11、 A12業(yè)務后,似乎絕地反彈,不斷增大技術投資和研發(fā),目前三星的代工規(guī)模也在不斷擴大。三星的芯片加工市場份額,已經由去年的14%提高至今年的25%,上升78.6%。并且,2018年三星全年的芯片代工收入,預計會達到100億美元,比去年的46億美元增加117%。三星已經成為芯片代加工行業(yè)的第二大企業(yè)。因特爾在市場的競爭下,目前還在10nm左右的制程上徘徊,目前還不能撼動臺積電和三星的領先地位。
芯片加工行業(yè),技術已經推進到7nm,未來能否進一步實現(xiàn)3nm乃至1nm,臺積電還能否繼續(xù)保持領先地位,我們拭目以待。