几纳米指什么尺寸？了解芯片节点命名的多次更改

节点尺寸大致代表了芯片的工艺迭代和先进程度，但是几纳米到底是指什么尺寸？本文带大家一探究竟，了解芯片节点命名的多次更改。

Sources: Companies, conference reports and IC Insights

目前所谓的nm数，只是大致表示工艺的迭代和先进程度，但不是晶体管的尺寸真是“几纳米”。那么，几纳米，到底是什么尺寸呢？

从1992年到现在，命名技术节点的方法遵循NTRS、ITRS和IRDS的定义。技术节点的名称通常与最近金属层的最小节距的一半相关。

1. 节点的原始定义：最近金属层的半节距

在20世纪70年代、80年代和90年代的大部分时间里，最近的金属线半节距和栅极长度半节距的尺寸基本上相同，选择该值作为节点名称是因为它用单个数字传达了密度的概念和性能的概念。下图展示了节点的原始定义：最小金属层的半节距。

2. 节点的第二次定义：变成了上一代节点数字的70%

在90年代后半叶，消费者对PC的采用对任何新产品的推出都提出了更高的期望，即更高的晶体管密度和更高的性能。因此，在90年代，微处理器技术的引入从以前的3-4年周期加速到了2年周期，以满足消费者的需求。随着软件程序变得更大、更复杂，因此需要更高的执行速度，有必要更系统、更积极地将晶体管的沟道长度减少到前一代的60%，以便产生在更高频率下工作的更快晶体管。

在这段竞争激烈的时间里，少数公司开始将金属半节距尺寸与栅极长度尺寸进行平均，作为与其最新技术相关的节点名称。由于这种平均过程（即70%的半金属节距减少和60%的栅极长度减少导致约的65%尺寸减少）。这些最新技术在纸面上看起来更小，更加吸引客户。后来，一些公司决定只使用栅极一个维度来定义技术节点的名称。350nm以后，技术节点的定义变成了上一代节点名称的70%。

此时，节点数字已经不代表实际尺寸了。

3. 节点的第三次定义：14nm之后，节点数字更是成谜了

以上一代节点数字的70%来定义节点导致了IC功能和技术节点名称之间的完全分离。因此，回到基础并重新激活节点定义以更紧密地表示现实是有益的。IRDS采用了更广泛的节点定义，但仍与NTRS和ITRS的历史定义有关。下图所示，用GxxMyyTzz，G表示接触层栅极间距，M表示金属间距，T表示堆叠晶体层的层数。

所以，从上图看出来，3nm节点，大致相当于接触栅极间距48nm，栅极长度16nm或18nm，第0层金属间距24nm，堆叠晶体层的层数为1层。

预计在本十年结束时，特征缩放将达到约7-8nm的基本极限，如下图：

审核编辑：黄飞