1nm工艺CPU还有多远？台积电即将挑战极限

我们现在使用的半导体大部分是硅基电路，问世已经60年了，多年来都是按照摩尔定律2年一次微缩的规律发展，但它终究是有极限的。台积电在突破5nm、3nm及未来的2nm之后，下一步就要进军1nm工艺了。根据台积电的规划，今年会量产5nm工艺，2022年则会量产3nm工艺，2nm工艺已经在研发中了，预计会在2024年问世。

2nm之后呢？台积电在日前的股东大会上也表态，正在研究2nm以下的工艺，正在一步步逼近1nm工艺。

1nm工艺不仅仅是这个数字看上重要，它还有更深的含义——1nm级别的工艺有可能是硅基半导体的终结，再往下走就需要换材料了，比如纳米片、碳纳米管等等，2017年IBM领衔的科研团队就成功使用碳纳米管制造出了1nm晶体管。

硅基半导体工艺的极限其实一直在突破，之前的说法中，10nm、7nm、5nm、3nm甚至2nm都被当做过硅基工艺的极限，现在来看还是一步步被突破了，如果不考虑台积电、三星在工艺命名上的营销套路的话。

在2019年的Hotchips会议上，台积电研发负责人、技术研究副总经理黄汉森（Philip Wong）在演讲中就谈到过半导体工艺极限的问题，他认为到了2050年，晶体管来到氢原子尺度，即0.1nm。

关于未来的技术路线，黄汉森认为像碳纳米管（1.2nm尺度）、二维层状材料等可以将晶体管变得更快、更迷你；同时，相变内存（PRAM）、旋转力矩转移随机存取内存（STT-RAM）等会直接和处理器封装在一起，缩小体积，加快数据传递速度；此外还有3D堆叠封装技术。

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