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[分享] 廠商爭破頭:14/16nm制程究竟是什麼?

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資深大大

陳誠誼2015-6-22 02:27

在半導體行業,制程可以說是相當重要。無論是一直盛傳的iPhone 6S A9芯片代工之爭,還是NV和三星鬧“不愉快”,傳出前者的Pascal新一代顯卡可能只會有16nm版本,而不會有14nm

那麼,14nm與16nm這兩個數字的究竟有何不同,指的又是哪個部位?縮小制程的難題與好處體現在哪裏?以下不妨看一看科技新報吳政道專家的說明。


奈米到底有多微小?



在開始之前,要先了解奈米究竟是什麼意思。在數學上,奈米是0.000000001米,但這是個相差的例子,畢竟我們只看得到小數點後有很多個零,却没有實際的感覺。如果以指甲厚度做比較的話,或許會比較明顯。

用標尺實際測量的話可以得知指甲的厚度約為0.0001米(0.1毫米),也就是說試著把一片指甲的侧面切成10萬條線,每條線就約等同於1奈米,由此可略為想象得到1奈米是何等的微小了。

奈米制程是什麼?

再回來探究奈米制程是什麼,以14奈米為例,其制程是指在芯片中,線最小可以做到14奈米的尺寸,下圖為傳統晶體管長相,以此作為例子。縮小晶體管的最主要目的就是為了要減少耗電量,然而要縮小哪個部分才能達到這個目的?左下圖中的L就是我們期望縮小的部分。借助閘极長度,電流可以用更短的路徑從Drain端到Source端。






此外,計算機是以0和1作運算,要如何以晶體管滿足這個目的呢?做法就是判斷晶體管是否有電流流通。當在Gate端(綠色的方塊)做電壓供給,電流就會從Drain端到Source端,如果没有供給電壓,電流就不會流動,這樣就可以表示1和0

縮小制程有什麼好處?


知道奈米有多小之後,還要理解縮小制程的用意,縮小晶體管的最主要目的,就是可以在更小的芯片中塞入更多的晶體管,讓芯片不會因技術提升而變得更大;其次,可以增加處理器的運算效率;再者,減少體積也可以降低耗電量;最後,芯片體積縮小後更容易塞入行動設備中(比如手機),滿足未來輕薄化的需求。

尺寸縮小有物理限制

不過,制程並不能無限制的縮小,當我們將晶體管縮小到20奈米左右時,就會遇到量子物理中的問題,晶體管的漏電現象,抵销縮小L時獲得的效益。作為改善方式,就是導入FinFET(Tri-Gate)這個概念,如右上圖。在Intel以前所做的解釋中,可以知道借由導入這個技術,能減少因物理現象所導致的漏電現象。



更重要的是,藉由這個方法可以增加Gate端和下層的接觸面積。在傳統的做法中(左上圖),接觸面只有一個平面,但是採用 FinFET(Tri-Gate)這個技術後,接觸面將變成立體,可以輕易的增加接觸面積,這樣就可以在保持一樣的接觸面積下讓Source-Drain端變得更小,對縮小尺寸有相當大的幫助。

邁入10nm為麼那麼難?


最後,則是為麼會有人說各大廠邁入10奈米制程將面臨相當嚴峻的挑戰,主因是1顆原子的大小大約為0.1奈米,在10奈米的情况下,一條線只有不到100顆原子,在制作上相當困難,而且只要有一個原子的缺陷,像是在制作過程中有原子掉出或是有雜質,就會產生不知名的現象,影響產品的良率。

如果無法想象這個難度,可以做個小實驗。在桌上用100個小珠子排成一個10×10的正方形,並且剪裁一張紙蓋在珠子上,接著用小刷子把旁邊的的珠子刷掉,最後使他形成一個10×5的長方形。這樣就可以知道各大廠所面臨到的困境,以及達成這個目標究竟是多艱巨。

當然,攀登科學高峰必然會遇到很多的困難。現在三星和台積電都稱會在明年年底投產10nm,而英特爾稍稍領先,第三季度進入,發布其下下代處理器Cannonlake


以上文章來自http://news.mydrivers.com/1/435/435523.htm

我拜讀了這篇文章真是受益良多,至少了知由20奈米進步到14,16奈米的艱難。為了縮小晶體管的尺寸,各家廠商可是拼足了勁。現在又要進入更艱難的10奈米。期待他們有更好的進展,如此一來才在手機上受益。


本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-6-22 05:11 編輯

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因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面,讓我看見這一路令人驚豔的一切,我愛上HTC~
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專業鄉民

Johnny Lin2015-6-22 03:52

感謝大大提供的資訊,終於讓我了解為何各半導體大廠一直在強調XX奈米製程!!之前還以為一直縮小只是在炫耀自己技術比別家好(其實這也是部分原因吧XD)

HTC is the best smartphone!!
I LOVE HTC ONE M7
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資深大大

陳誠誼2015-6-22 05:02

Johnny Lin 發表於 2015-6-22 03:52
感謝大大提供的資訊,終於讓我了解為何各半導體大廠一直在強調XX奈米製程!!之前還以為一直縮小只是在炫耀自 ...

不客氣,至少我也可以再了解一下。這篇從產業的觀點在看科技的進步。因為科技的進步,讓我們得以享受高速上網的快感。雖然用的人很爽,但是那些在背後辛勞的工程師更令人敬佩。也謝謝你。

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神人

春捲2015-6-22 08:26

哇~又長知識了!!
謝謝誠誼大大的分享ㄟ~

強4登場 HTC論壇四週年‧★,:*:‧\( ̄▽ ̄)/‧:*‧°★*
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資深大大

陳誠誼2015-6-22 08:32

春捲 發表於 2015-6-22 08:26
哇~又長知識了!!
謝謝誠誼大大的分享ㄟ~

不客氣,春捲大,早安。希望此篇文章不會太難消化才好。

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新秀大大

國富民樂2015-6-22 08:34

我比較好奇 這材質是誰找到 而製作
又如何作這麼細微  這麼細微還可以運作
又是何種機器可以做這麼細微的產品
佩服這些工程師  讓我們有好的產品可以使用

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新手鄉民

Muska2015-6-22 08:43

好文一篇!
對製程現況與未來競爭、困境都用簡易的說詞表達~
受教受教了

「世界大賽第七戰,九局下,滿壘」
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資深大大

陳誠誼2015-6-22 08:59

Muska 發表於 2015-6-22 08:43
好文一篇!
對製程現況與未來競爭、困境都用簡易的說詞表達~
受教受教了

所以大家應該感謝那些勞心勞累的工程師,以及設計製造晶圓的廠商們,沒有他們的努力,我們便沒有進步的文明,芯片越小,難度越高,越會有所謂的漏電電流。這樣會芯片縮小的努力。在此再一次的為那些努力為科技文明做出莫大貢獻的工程師致上最高的敬意。

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陳誠誼2015-6-22 09:09

國富民樂 發表於 2015-6-22 08:34
我比較好奇 這材質是誰找到 而製作
又如何作這麼細微  這麼細微還可以運作
又是何種機器可以做這麼細微的 ...

通常材質應該還是矽晶圓。在晶圓上蝕刻(強酸或強鹼)這裏面對身體有傷害,所以台積電那些半導體廠商都需要很量的水資源及充足的電力供應,一旦突然的停電,那麼線上的半成品都會報銷,所有的矽晶片的線都是以純金線打線,包括功率晶片也是,這就是為什麼有人會去撿拾不要的主機板,因為只要是Chip的,都是以金線接腳。只不過封在黑黑的膠質裏面而已。
本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-6-22 09:10 編輯

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神人

軒寶貝2015-6-22 09:13

雖說看瞭會長知識~
但因為沒常識有點不懂~哈~

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