你相信嗎,烤一片小小的吐司也需要用到半導體。智慧城市、遠程醫(yī)療、探索宇宙、深潛海洋、抗擊疫情、營養(yǎng)管理.....這些也都需要用到半導體。半導體已經(jīng)滲入到你日常生活的方方面面,成了人們的“不可或缺”。
從今年開始,手機缺芯問題在全球加劇,半導體行業(yè)寒冬爆發(fā)。為了應對缺芯危機,在半導體代工排名第一的臺積電立即投資1000億美元在代工研發(fā)領域,而且宣布奔赴美國投資建廠,具體是6座5nm芯片代工廠。作為臺積電老對手,三星也隨后宣布將非存儲芯片的投資增加到1514億美元!
在缺芯的同時,科技巨頭們并沒有停止對芯片代工技術的研發(fā),在三星和臺積電量產5nm芯片之時,不怎么起眼的IBM悄然發(fā)布全球首顆2nm芯片,這在很大程度上刺激了臺積電,因為臺積電是最強的國際芯片代工巨頭,2nm工藝竟然被別人搶了首發(fā),這讓它很沒有面子。
按照之前臺積電的產品線消息,今年年底它可以試產3nm芯片,2022年就可以全面量產3nm。不過在IBM發(fā)布2nm工藝后,臺積電著急了,它已經(jīng)拼盡全力向著1nm進發(fā),比較幸運的是,最近臺積電在1nm領域確實取得突破!
摩爾定律是英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾在1965年提出,指集成電路上可容納的元器件數(shù)量約每年增加一倍,性能也將提升一倍。簡單來說,就是單位面積芯片上的晶體管數(shù)量每兩年能實現(xiàn)翻番。過去的半個多世紀,半導體行業(yè)一直遵循著摩爾定律的軌跡高速發(fā)展。
比如,50年前,計算機大概有2400個晶體管,現(xiàn)在英特爾計算機大概有10億以上的晶體管。按照每兩年翻一番的節(jié)奏,英特爾基本上在跟著摩爾定律在前進。
然而,在摩爾定律放緩甚至失效的今天,全球幾大半導體公司依舊在拼命「廝殺」,希望率先拿下制造工藝布局的制高點。臺積電在先進制程方面可謂是一騎絕塵。3nm領域,臺積電一只獨秀。如今半導體制程節(jié)點正在向3納米甚至更小的節(jié)點演進,單純靠提升工藝來提升芯片性能的方法已經(jīng)無法充分滿足時代需求,半導體行業(yè)也逐步進入了“后摩爾時代”。
臺積電是芯片領域的領跑者,為了保持領先地位,臺積電一次又一次實現(xiàn)自我突破。5月18日,臺積電宣布,他們聯(lián)合臺大、麻省理工兩所大學,已經(jīng)在1nm芯片領域取得了重要進展。臺積電已經(jīng)拒絕了華為,他們取得任何重要突破,其實跟國產芯片都沒有太大關系。但有人卻說,臺積電破冰1nm芯片,無形中抬高了我國在世界芯片領域的地位。
臺積電突然宣布已突破一納米芯片,再次將三星啊甩在了身后,但是作為全球芯片代工的龍頭企業(yè)。芯片制造工藝非常復雜,涉及的工序也非常多。再加上精細到納米級的工藝參數(shù),想要突破5nm以下工藝,難度很大成本也很高。
大家都知道每個芯片啊都是由無數(shù)個小晶體管組成的芯片的制成,越小晶體管也就越小,容納的晶體管數(shù)量就會越多。對于手機來說,芯片的制程越小,電阻也會隨之變小,那手機的耗能就會更低。這個時候芯片工作時所產生的熱量也會變小。
這樣一來,手機就會更省電。如今臺積電突破一納米的制程,對于消費者來說好處自然是不言而喻,只是臺積電究竟是怎么做到的?芯片制造工藝是非常復雜的,涉及到的工序也特別多,再加上納米級的工藝非常精細,想要突破五納米以下的工藝并不是一件容易的事。
芯片早已經(jīng)成為日常生活中不可替代的產品,任何的電子設備都會用上芯片。全球每年對芯片的需求都在幾億,幾十億顆以上。不過傳統(tǒng)的芯片工藝幾乎都是一致的,基于硅基材料生產芯片。芯片的基礎材料是硅,而硅的來源是在一堆沙子中不斷提取純度為99.99999%的硅。再將硅打磨成硅片,制成晶圓,最終經(jīng)過上千道的工序形成芯片。而這一切的基礎都是硅,因此市面上的芯片也被統(tǒng)稱為硅基芯片。
雖然規(guī)為很多半導體企業(yè)都提供了主要原料,但是當芯片的制成工藝發(fā)展到五納米時,用來容納晶體管的芯片容量將會達到極限。硅是建筑材料,是水泥、磚頭、玻璃的主要成分,它也是大多數(shù)半導體和微電子芯片的主要原料。
但是芯片發(fā)展到5納米、3納米制程,硅芯片可容納的晶體管數(shù)量,已經(jīng)逼近物理極限。因此芯片要往2nm、1nm方向發(fā)展,受到了很大限制。
而臺積電這次突破一納米工藝,是因為他們找到了新材料,那就是B 金屬。有了這個重要材料啊,就能增加電流能力,有效的降低電阻。大幅提升芯片的容量,讓芯片的性能再次得到提升。但是有句話叫做風水輪流轉。此前,臺積電對華為斷供。這次卻提高了我國在芯片領域的地位,至于為何會有這種言論,其實是因為我國掌控了B 金屬的命脈。熊貓君發(fā)現(xiàn)啊。
在全球的B金屬儲量數(shù)據(jù)中,全球總量為三十二萬,而我國的儲量就有二十四萬,直接占據(jù)了全球百分之七十五的儲量。作為一個地大物博的國家,我國的礦產資源一直非常豐富。有相關數(shù)據(jù)顯示啊,我國近兩年的B 礦產量一直位居第一,能帶來多少好處,相信大家已經(jīng)不言而喻了。
在國內,鉍金屬儲量最多的是湖南、廣東和江西,這三個省的儲量占全國總儲量的85%左右。
在我國,鉍金屬分布稀散,很少作為主要礦產進行開發(fā)。2004年以前,我國的鉍礦產量不是很高, 2004年以后,鉍金屬價格大幅上漲,于是鉍金屬產量開始增加。
去年,我國鉍金屬產量為14000噸,占全球鉍金屬總產量的82%。由此可見,我國在全球鉍金屬市場的地位非常重要。
如果臺積電在1納米芯片的制程當中,真的采用了鉍金屬,那么鉍金屬在半導體領域中的使用將越來越普遍。作為鉍金屬儲量最大的國家,我國在世界半導體領域中的地位得到提升,也不是沒有道理。
我國是制造業(yè)大國,對芯片的需求數(shù)量龐大。高端芯片進口受阻,只有依靠國內自我研發(fā)才能解決。國產芯片遭遇困境,并不是因為缺少芯片原材料,而是在人才、技術等方面存在巨大短板。所以我們一味強調原材料的優(yōu)勢,更多的是自我安慰。只有掌握核心技術,才能夠在芯片領域中真正掌握主動權。