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日美向2纳米半导体迈出一步

2023/06/13

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半导体

       半导体的晶体管(元件)是长的,一直采用平面型结构。从过去约10年的尖端产品来看,自从美国英特尔在22纳米半导体上采用“FinFET结构”以来,就一直采用这种结构。台积电(TSMC2022年底开始量产的3纳米半导体也采用FinFET结构。但是,如果低于2纳米,就不得不改变元件结构。原因是现有结构难以进一步提高性能。

 

       半导体借助通电时打开、不通电时关断等方式来进行计算。由被称为栅极(gate)的调节阀来控制是否通电。FinFET结构是在电流通道的四个侧面中,栅极堵住三个方向。

 

 

       随着半导体的微细化,栅极也会变得细小,控制能力减弱。如果比2纳米半导体更小,没有以栅极堵住的地方的电流泄漏将增加。这样会浪费电力,难以提高节能性能。而“全环绕栅极”则是将四个方向都用栅极围起来,以防止泄漏。

 

       IBM留下的研发部门

 

       IBM在2015年因亏损而出售了半导体制造部门。为什么现在却成了Rapidus的领路人呢?其背景在于,IBM为了强化服务器等的竞争力,留下了研发部门。

 

       实际上,IBM2010年代后半期的5年里投入30亿美元,持续开发最尖端半导体。这成为目前的盈利来源云业务等的基础,IBM像重视量子计算机和AI等那样,同等地重视半导体。IBM研究部门的副总裁穆克什·哈雷(Mukesh Khare)表示,“最尖端半导体对IBM的基础设施业务来说是不可或缺的”。

 

       接手其制造部门的格罗方德(GlobalFoundries)于20234月起诉IBM,称其在出售后继续不当使用知识产权和商业秘密。不过,熟悉美国知识产权诉讼的日本律师一色太郎表示,“作出判决至少需要2~3年”,在此基础上表示“技术日趋错综复杂,证明格罗方德说法的难度很大”。

 

       企业正在等待2纳米半导体问世。日本Preferred Networks正在开发自主半导体,以实现高性能的人工智能。该公司首席执行官(CEO)西川彻针对Rapidus表示期待称,“似乎能够灵活地定制(半导体),非常感兴趣”。

 

       要想实现实用化,Rapidus需要克服很大障碍。举例而言,如果Rapidus不能为使用半导体的企业充实支持电路设计的功能,就无法顺利获得订单。此外,确保人才的竞争也日趋激烈。刚刚开始的与IBM的合作只是漫长道路上的一步。

 

       在微细化竞争中被甩开的日本企业

 

       半导体的集成度每2年翻一番。使这一“摩尔定律”成立的是微细化技术。不过,过去20年需要原子级的制造技术,实现这一目标的投资已膨胀至以万亿日元为单位的水平。目前,运行最先进生产线的企业实际上只有两家。Rapidus面临一场残酷的比赛。

 

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