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標題: 廠商爭破頭：14/16nm制程究竟是什麼？ [打印本頁]

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 02:27
標題: 廠商爭破頭：14/16nm制程究竟是什麼？

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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作者: a31ced4b-9f21-4622-a5a1-aaa124a9cde7 時間: 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己技術比別家好(其實這也是部分原因吧XD)

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 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。

作者: 4e022ff6-d1f5-4c9a-85d8-b54a90a10d5a 時間: 2015-6-22 08:26
哇~又長知識了!!
謝謝誠誼大大的分享ㄟ~

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 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。

作者: 048fe82a-3ab9-4b69-b560-956be4ad8ef2 時間: 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

作者: 20a76115-eb61-4420-9fa1-41ff8b2151f8 時間: 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

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 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。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 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

作者: 53a5fe0e-570f-444c-aa93-d5b9c000e6c8 時間: 2015-6-22 09:13
雖說看瞭會長知識~
但因為沒常識有點不懂~哈~

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 09:22

軒寶貝發表於 2015-6-22 09:13
雖說看瞭會長知識~
但因為沒常識有點不懂~哈~

沒有關係，您又沒在那領域工作，也不用全部都懂，晶體管從以前很大一個到能裝進手機裏，那要經過一段漫長的過程。過去的真空管→到晶體管→到微晶體管→到奈米晶體管歷經幾拾年的時間。現在手機越做越薄，都是拜晶體管變得更小，效率也越來越好。

作者: 048fe82a-3ab9-4b69-b560-956be4ad8ef2 時間: 2015-6-22 09:37

陳誠誼發表於 2015-6-22 09:22
沒有關係，您又沒在那領域工作，也不用全部都懂，晶體管從以前很大一個到能裝進手機裏，那要經過一段漫長 ...

對阿~ 經過幾十年變化確實進步不少尤其是近十年
想當初一顆cpu 好大一顆  有點印象有intel pentium pro
後來沒接觸直到前幾年再組電腦看到cpu 確實嚇了一跳
哈哈  怎麼這麼小顆""
半導體確實是高污染工業
希望台灣內的半導體廠能依良心做事如台積電..等
不要遺毒台灣才好
也希望台積電..等技術能更上層樓不要被這波紅色供應鏈給打敗
持續維持第一領先地位
套用樓主一句
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。+1

作者: 6723c05c-d9dd-442b-b89c-68f1860872d3 時間: 2015-6-22 09:50
希望台積電能持續力爭上游啊！對岸可是虎視眈眈，對於人才挖角也是不遺餘力啊...

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 09:56

Aaron Lin 發表於 2015-6-22 09:50
希望台積電能持續力爭上游啊！對岸可是虎視眈眈，對於人才挖角也是不遺餘力啊...
...

除了對岸之外，另外還有一個超強對手，那就是三星。我希望台積電把精力放在10奈米的研發上。對於14/16奈米後續力道可以不用那麼著力。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 10:00

國富民樂發表於 2015-6-22 09:37
對阿~ 經過幾十年變化確實進步不少尤其是近十年
想當初一顆cpu 好大一顆有點印象有intel pentium p ...

是啊！近十年半導體真的變化非常大。真是令人目瞪口呆。這樣形容雖然有點誇張。但有句說雖不中亦不遠矣。也感謝您的認同。加三分。

作者: 859fd407-fb0d-4c9c-bb3c-f5f49d12ec61 時間: 2015-6-22 12:54

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 ...

目前的材質主要是Silicon，就是一般在海邊看到的沙，在地殼上是除了氧之外含量最高的元素，所以可謂是取之不盡，用之不竭。

不過，現在因為微縮到10nm以上，silicon已捉襟見肘，開發新材質勢在必行，現在討論最多的是碳奈管，也是地殼上產量豐富的元素，但量產上仍有困難......

而微縮最先遇到的問題就是黃光製程。簡而言之，黃光製程就是先將線路佈局畫在光罩上，再用特定波長的光線透過光罩來曝光，在光阻上形成線路佈局的pattern。黃光做完後，再利用蝕刻的方式將光阻形成的pattern刻在silicon或是silicon dioxide/nitride上.......

也因此，光罩/光阻的精細度以及光線的波長都會影響製程的最小線徑.......

目前在黃光技術上，最主要的供應商是ASML，而台積電在黃光技術則是處於領地位，所以與ASML可算是共同開發機台並共享專利。

作者: 859fd407-fb0d-4c9c-bb3c-f5f49d12ec61 時間: 2015-6-22 12:58

國富民樂發表於 2015-6-22 09:37
對阿~ 經過幾十年變化確實進步不少尤其是近十年
想當初一顆cpu 好大一顆有點印象有intel pentium p ...

目前的台積電，已算是低污染的廠商，因為在污染排放上有嚴格的控制。就連用水上也是一再回收，所以水的消耗量也得到了很大的改善。
真正造成最大的污染是在於其耗電量(換算成CO2的話應該很可觀)，不過，最近台積電有認購綠電(也就是說，使用再生能源發的電)，這倒是可以減少耗電高造成的排碳量高.....

作者: 859fd407-fb0d-4c9c-bb3c-f5f49d12ec61 時間: 2015-6-22 13:02

陳誠誼發表於 2015-6-22 09:56
除了對岸之外，另外還有一個超強對手，那就是三星。我希望台積電把精力放在10奈米的研發上。對於14/16奈 ...

三星是記憶體起家，其最大優勢在於材料的運用(因為記憶體常常會嘗試使用不同的材料來製做)以及前段製程(contact之前)。

台積電是邏輯製程起家，最大優勢在於線徑微縮(黃光製程強)以及後段製程(contact之後)。

目前在良率上，台積電是勝過三星很多(因為後段製程決定良率)，不過，三星向來不擇手段(雖然它是本公司客戶，但也常偷學本公司技術再轉給其子公司)，希望台積電能繼續挺下去。

作者: 859fd407-fb0d-4c9c-bb3c-f5f49d12ec61 時間: 2015-6-22 13:06

陳誠誼發表於 2015-6-22 09:09
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 ...

其實，早在幾年前金價大漲的時候，金線就逐漸被捨棄了.....

目前本公司打的線幾乎都是銅線，只有少數特殊的才用金線.....

所以，現在去收集廢IC收不到金了喔!

作者: 91c07bbd-4631-4fd3-bba6-673291103975 時間: 2015-6-22 14:05
真是實用，今天真的是長知識了，雖然跟我自己想得差不多XD

作者: 7d1b354d-dcfd-4752-8e39-59014df1aac0 時間: 2015-6-22 16:51

http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?id=0000427333_IOV41KA12V81MU4ITK9J2&packageid=9532&cnlid=1&cat=40&ct=1&wpidx=6

效能高、成本低　氮化鎵可望取代部分矽晶片

大大覺得有可能嗎？

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 17:29

kenny wang 發表於 2015-6-22 16:51
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?id=0000427333_IOV41KA12V81MU4ITK9J2&packageid=9532&c ...

要看可供給的量夠不夠問題，地球上像矽有大量存量的物質，恐怕也不會太多，只要量夠多當然就有被取代的可能。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 17:56
三星可怕之在於垂直整合，以及企業龐大無所不包。它是很可怕的對手。

作者: 9528a283-79db-4050-b890-94d8498c3f00 時間: 2015-6-22 18:07
這篇是TechNew的吧!我很關注這個網站，這篇在上星期我有讀過
對於FinFet的解釋頗詳細的

作者: 9528a283-79db-4050-b890-94d8498c3f00 時間: 2015-6-22 18:08

陳誠誼發表於 2015-6-22 17:56
三星可怕之在於垂直整合，以及企業龐大無所不包。它是很可怕的對手。

畢竟三星被後有南韓政府撐腰，講難聽一點它的資源跟國庫差不多...

作者: 9528a283-79db-4050-b890-94d8498c3f00 時間: 2015-6-22 18:11

kenny wang 發表於 2015-6-22 16:51
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?id=0000427333_IOV41KA12V81MU4ITK9J2&packageid=9532&c ...

說到氮化鎵，之前的石墨烯半導體也曾轟動一時這一陣子又有"矽烯"呢~

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 19:04

ShangLai 發表於 2015-6-22 13:02
三星是記憶體起家，其最大優勢在於材料的運用(因為記憶體常常會嘗試使用不同的材料來製做)以及前段製程(c ...

真沒想到這類的文章居然會引起大家的關注與留言。我在此感謝大家的關注與留言。科技雖然冰冷，但是從事者以他們的熱情奉獻，造就各種可能改變人類的生活習慣也更方面了人與人之間連絡通訊。隨時改變著我們，謝謝各領域的努力工作者。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 19:07

愛Taiwan! 發表於 2015-6-22 18:08
畢竟三星被後有南韓政府撐腰，講難聽一點它的資源跟國庫差不多...

三星的資源也超越了它們韓國了。這是一種可怕的事，也印證了一句話財團正在併購國家。恐怖之極。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 19:24

愛Taiwan! 發表於 2015-6-22 18:11
說到氮化鎵，之前的石墨烯半導體也曾轟動一時這一陣子又有"矽烯"呢~

石墨稀是只樓梯響不聞人下來。要能廣泛的應用可能還需要一段時間。就如新加坡一家公司研發的光學變焦鏡頭一樣。從構想到成品販售中間還是需要有一段的過程。因為還是會遭遇製造過程的順利與否。

作者: 1f85bba3-a451-4018-872a-5bbb0f7cf836 時間: 2015-6-22 19:35
好久沒看到大大的文

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 19:41

Jexzzzer 發表於 2015-6-22 19:35
好久沒看到大大的文

我一直都在，只是懶得po文而已，一方面也不想讓人說我在洗版。

作者: 45ba7be8-c3b9-4b2a-b314-0ab594046249 時間: 2015-6-22 19:41
這篇應該加精華!
終於知道xx奈米製程的意思了雖然文章較為艱深但不至於看不懂

希望台積電能打敗三星

不知製程最終會到多小

作者: 1f85bba3-a451-4018-872a-5bbb0f7cf836 時間: 2015-6-22 19:45

陳誠誼發表於 2015-6-22 19:41
我一直都在，只是懶得po文而已，一方面也不想讓人說我在洗版。

別理他，我很喜歡看你的文。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 19:47

許丞宗發表於 2015-6-22 19:41
這篇應該加精華!
終於知道xx奈米製程的意思了雖然文章較為艱深但不至於看不懂
希望台積電能打敗三星:vi ...

目前所知，ARM授權給台積電的製程是10奈米。至於會不會更低，可能以現在的技術尚有困難，因為距離太近，會有漏電的可能。這樣縮小與漏電就會抵消。反而達不到省電的效果。

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-22 20:16

Jexzzzer 發表於 2015-6-22 19:45
別理他，我很喜歡看你的文。

謝謝你的抬愛，我儘量儘我所能好嗎？

作者: d8593ef7-bf02-417f-80ca-e6fd98737c6c 時間: 2015-6-23 07:15

陳誠誼發表於 2015-6-22 19:07
三星的資源也超越了它們韓國了。這是一種可怕的事，也印證了一句話財團正在併購國家。恐怖之極。
...

這樣三星等於是國營了耶，不過只要獲利變少變低，那南韓不就慘了?

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-23 07:40

belleuve 發表於 2015-6-23 07:15
這樣三星等於是國營了耶，不過只要獲利變少變低，那南韓不就慘了?

韓國也怕三星出事啊！全世界大概還沒有企業不在乎三星的，也沒有哪家企業有辦法一年120億美元以上在做行銷的。是美元不是台幣。

作者: bea99e66-9a8c-4480-9a42-e56735a526d3 時間: 2015-6-23 08:17
哇..很科技的一篇文章,,又上了一課,感謝大大解惑 14/ 16 nm

作者: 7606640d-1bcf-4bec-8117-8070fde31a1a 時間: 2015-6-23 08:35

appletree 發表於 2015-6-23 08:17
哇..很科技的一篇文章,,又上了一課,感謝大大解惑 14/ 16 nm

不客氣，大家互相研究討論，才能獲得新知不是嗎？

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