在半导体的开发竞争中，将芯片叠加起来的“3D”堆叠技术的重要性日趋增加。美国英特尔6月在个人电脑CPU（中央处理器）领域推出新产品，提高了节能性能。台积电（TSMC）则与美国谷歌展开合作。半导体3D堆叠技术相关的市场规模到2024年将超过1.2万亿日元，设备和零部件的相关企业的竞争将日趋激烈。

    

      3D堆叠CPU的待机功耗减少9成

  

      中国联想集团10月在世界上首次推出了屏幕可折叠的个人电脑。打开后可作为13.3英寸的大型平板电脑使用。屏幕折叠后则将显示键盘，变身为小型笔记本电脑。

          

联想的屏幕可折叠个人电脑配备了英特尔3D技术芯片

   

      成为这款终端的大脑的是英特尔6月上市的CPU。

   

      英特尔此前将分别负责“电源”、“计算”和“存储”的功能以平面形式排列。而新产品则像3层的房子那样，将芯片以立体形式堆叠。布线导致的电力损耗消除，能使待机功耗减少9成。据称每增加1层，数据处理的能源效率将提高至3倍。

      

  

      在用于智能手机等的闪存领域，此前就已迈向3D化。这是因为在将相同结构的元件堆叠起来时，制造比较容易。不过，在CPU领域，要将结构不同的芯片堆叠起来，在技术方面被认为更加困难。

  

      英特尔通过在使堆叠起来的芯片纵向贯穿的电极方面下工夫等措施，攻克了难题。英特尔副总裁Chris Walker充满信心地表示“（这一技术）将成为推动个人电脑行业发展愿景的试金石”。2021年以后，预计在多个机型上应用。

     

      背后存在英特尔在左右半导体性能的“微细化”方面落后这一危机感。写入芯片的电路的线宽越细微，越能增加晶体管的搭载量并推动半导体的性能提升。

  

      在半导体微细化技术方面领先的台积电今年开始向美国苹果供应5纳米（纳米为10亿分之1米）产品。韩国三星电子也将推进供货准备。

  

      另一方面，英特尔在属于1代之前的7纳米的CPU开发上耗费时间，预计量产最早也要等到2022年。在7月的财报发布会上，该公司首席执行官（CEO）鲍勃·斯万(Bob Swan)表示“将在紧急对策的范围内，讨论将生产委托给（外部）”。

  

      电路的线宽越是微细化，半导体量产所需的设备投资也将膨胀。要新建最尖端的5纳米工厂，需要数万亿日元规模的资金。英特尔的2019年研发（R&D）和设备投资费用达到296亿美元。

    

      半导体行业相关人士指出，为走出困境，“英特尔在微细化仍然落后的情况下，抢在竞争对手之前启动了3D堆叠技术的开发”。如果以立体形式堆叠芯片，即使是相同电路宽度，也能增加搭载的晶体管数。不过，要实现赶超并非易事。

    

      台积电正通过与客户的合作来推进3D技术的开发。眼下，台积电似乎与谷歌在私底下合作，准备最早在2022年启动3D产品的量产。

  

      三星电子8月宣布，采用3D封装技术的7纳米半导体的试制取得成功。该公司高管表示“如果利用3D这种创新，就能够跨越半导体的极限”。

  

      英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)1965年提出了CPU性能在1年半～2年里翻一番的“摩尔定律”。不过，拉动过去50年发展的微细化技术正在接近物理的极限。

   

      据日本电子信息技术产业协会（JEITA）统计，物联网（IoT）等数据产业的世界市场规模到2030年将达到404万亿日元。在今后持续发展的半导体行业，英特尔要保持盟主的地位，有必要通过3D化，持续维持摩尔定律。

  

      零部件和设备也掀起创新竞争

         

      在3D化领域，还需要零部件和设备等方面的技术创新。除了配合芯片电路等准确进行堆叠的技术之外，要散发半导体工作时的热量，还需要在封装材料上下工夫。美国调查公司Kenneth Research预测称，3D封装的市场规模到2024年将达到120亿美元。瞄准这个市场，设备企业的竞争也日趋激烈。

       

日本IBIDEN将增强新一代封装设备的产能（大垣中央事务所）

       

      瞄准这个市场的是半导体封装的日本大型企业IBIDEN（揖斐电）。该公司将在2022年度之前投入600亿日元，增强支持3D技术等新一代封装的生产设备。计划自2020年底逐步投入运行，并在2021年启动量产。该公司认为“CPU需求正从个人电脑转向数据中心，推动封装技术的进步、提升性能的趋势将日趋加强”。

   

      涉足切削设备的日本迪思科（DISCO)认为，3D化需要将半导体切薄的技术。该公司的社长关家一马表示“此前直接交易较少的与大型企业的交易正在增加”。

  

      日立制作所和松下等4家企业与东京大学8月设立了“尖端系统技术研究联盟”。将推进充分利用3D堆叠、将能源效率提高至10倍的半导体的研发等。

  

      站在微细化竞争最前沿的企业并不多。要开展最尖端的5纳米芯片的制造，需要被称为“EUV（极紫外）”的光刻技术，核心的光刻设备被荷兰ASML垄断。另一方面，东京大学的黑田忠广教授指出“3D集成的技术仍未确立。如今处在起跑线上”。对于在微细化竞争中掉队的企业来说，挽回劣势的机会将扩大。

  

      日本经济新闻（中文版：日经中文网）广井洋一郎

 

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