台积电/英特尔/GF/三星纷纷进入10nm芯片领域 芯片的未来在哪？

2016年12月7日，采用三星10nm工艺制造的高通骁龙835跑分遭到曝光。就在一天后，即2016年12月8日，采用台积电10nm工艺制造的华为麒麟970也遭到媒体曝光。此前，英特尔宣称，将于2017年发布采用自家10nm工艺制造的移动芯片，格罗方德也声称自研10nm工艺。

四家芯片巨头纷纷进入10nm芯片领域，预示着芯片界的竞争程度提升到新等级。那么，芯片界的这场“战争”会结束吗，芯片的未来又在哪里呢？

芯片集成度仍将持续提高

1995年起，芯片制造工艺从0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm，发展到90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、14nm，再到即将到来的10nm，芯片的制程工艺不断发展，集成度不断提高，这一趋势还将持续下去。

2016年12月8日，台积电声称，将在2017年初开始7nm的设计定案，并在2018年初量产，对5nm、3nm和2nm工艺的相关投资工作也已开始。此前，三星购买了ASML的NXE3400光刻机，为生产7nm芯片作准备，并计划在2018年上半年实现量产。

虽然在硅晶体管的尺寸缩小到一定程度时会产生量子效应，导致晶体管的特性难以控制。不过，短期内，缩减制程尺寸，提高芯片集成度仍是芯片厂商推动芯片向前发展的方向，7nm、5nm、3nm、2nm工艺将一步步加剧芯片厂商之间的竞争。

新技术将得到应用

除了FinFIT技术外，三星、英特尔等芯片厂商近些年纷纷投入到FD-SOI（全耗尽绝缘体硅）工艺、硅光子技术、3D堆叠技术等的研究中，以求突破FinFET的制造极限，拥有更多的主动权。各种新技术中，犹以3D堆叠技术为研究重点。

3D堆叠技术通过在存储层上叠加逻辑层，将芯片的结构由平面型升级成立体型，大大缩短互连线长度，使得数据传输更快，所受干扰更小。

目前，这样的3D技术在理论层面已有较大进展，并在实践中得到初步应用。2013年，三星推出了3D圆柱形电荷捕获型栅极存储单元结构技术，垂直堆叠可达24层。同年，台积电与Cadence合作开发出了3D-IC的参考流程。2015年，英特尔和美光合作推出了3D XPoint技术，使用该技术的存储芯片目前已经量产。

新技术的诞生，为当下芯片开辟了全新的发展领域，这也势必加剧芯片厂商的竞争程度。

新材料将进入芯片领域

目前，制造芯片的原材料以硅为主。不过，硅的物理特性限制了芯片的发展空间。2015年4月，英特尔宣布，在达到7nm工艺之后将不再使用硅材料。

III-V族化合物、石墨烯等新材料为突破硅基芯片的瓶颈提供了可能，成为众多芯片企业研究的焦点，尤其是石墨烯。

相比硅基芯片，石墨烯芯片拥有极高的载流子速度、优异的等比缩小特性等优势。IBM表示，石墨烯中的电子迁移速度是硅材料的10倍，石墨烯芯片的主频在理论上可达300GHz，而散热量和功耗却远低于硅基芯片。麻省理工学院的研究发现，石墨烯可使芯片的运行速率提升百万倍。

制约石墨烯芯片的最大因素是石墨烯的成本问题，不过随着制作工艺已逐渐成熟，石墨烯的成本呈下降趋势，石墨烯芯片量产的日子也不会太远。2011年底，宁波墨西科技建成年产300吨的石墨烯生产线，每克石墨烯销售价格只要1元。2016年4月，华讯方舟做出了石墨烯太赫兹芯片。

新材料为芯片的发展提供了全新的方向，具有极大的潜力，已成为芯片厂商把控未来趋势、占领制高点的必争领域，而这也将使得芯片厂商之间的竞争日益复杂。

从芯片诞生至今，芯片领域的创新从未停止，各厂商之间的竞争也从未停歇。应变硅技术成就了90nm时代，一种栅介质新材料成就了45nm时代，三栅极晶体管成就了22nm时代，FinFET技术成就了当下的芯片时代。

未来， 3D堆叠等新技术、石墨烯等新材料将持续推动芯片领域的创新与发展，芯片厂商之间的竞争领域也将延伸，从智能手机扩展到互联网汽车、VR、人工智能等，竞争将日趋复杂和激烈。人类对科学无尽的探索，将使得芯片行业的这场“战争”继续下去。