日本重回半导体行业巅峰梦想又有最新进展：力求2025年本土量产2纳米芯片

在下一代制程竞争中，IBM宣布拔得头筹，成功推出世界上第一组2纳米芯片制程。

与目前的7纳米制程相比，该技术预计可提升芯片45%的性能，并降低75%的能耗。这意味着，2纳米芯片将成为迄今为止最小、功能最强大的芯片，其潜在优势包括，将手机电池寿命延长近四倍，提升笔记本电脑的性能，并有助于加快自动驾驶汽车的物体检测和反应时间。由于可以降低能耗，2纳米芯片还可以减少数据中心的碳足迹。

一直以来，通过提高芯片制程来提升芯片性能，是半导体行业的技术迭代重点。其原理是在不改变芯片体积的情况下，增加晶体管的数量，而晶体管就是处理数据的核心。IBM称介绍称，一个指甲大小的2纳米芯片就能容纳多达500亿个晶体管，每条晶体管的体积相等于两条DNA链。

和目前主流FinFET架构不同，IBM 2纳米芯片采用的是Nanosheet(纳米片，又称环绕式结构GAA)架构，每个晶体管都由三层水平堆栈的纳米级硅片组成。

就此而言，IBM率先发表的2纳米制程芯片及生产技术仍位居全球领先位置。对于可能会有的漏电问题，IBM表示可以克服。

在目前的先进制程竞争中，台积电与三星都已经进入5纳米制程阶段，而接下来也将陆续推进4纳米及3纳米，以及2纳米制程。英特尔则会从现有10纳米制程推进7纳米阶段，其中因为英特尔在制程规格定义上的晶体管密度较台积电及三星的定义更高，因此英特尔的7纳米制程约会介于台积电的5纳米至4纳米之间，但目前至少要等到2023年才会正式投产。

日本将与美国合作，最早2025年度在国内启动2纳米生产基地，以便加入下一代芯片技术商业化的竞赛。

美、日两国企业将依据双边芯片技术伙伴关系互相提供支持，进行设计和量产研究。据报道，双方可共同创立新公司，或是由日本企业设立新的生产基地，日本经济产业省补助部分研发成本及资本支出。

双方共同研究最快于今年夏天开始，预计2025年度至2027年度成立半导体研究和大规模生产中心。

2纳米芯片将应用于量子计算机、数据中心和顶尖智能手机等产品，不仅能降低功耗、减少碳足迹，甚至跟国安息息相关，因为可决定战斗机、导弹等军事硬件的性能

美国IBM、英特尔积极研发2纳米芯片，而IBM去年已开发出原型。日本部分，位于筑波市的日本全国先进工业科学与技术研究正在主导一项合作项目，以开发包括2纳米的先进制程技术，合作企业有日商东京威力科创、佳能、IBM、英特尔和台积电。

此外，日本拥有信越化学、Sumco等强大的芯片材料制造商，美国则有半导体设备巨头应材，双方合作有希望让日本实现量产2纳米芯片的目标，创建稳定的半导体供应。

目前先进制程技术由台积电处于领先地位，预计今年2纳米厂开始动工，3纳米芯片有望在今年稍晚时量产。

6月15日讯(编辑 史正丞)日本重回半导体行业巅峰的梦想又有了最新的进展。根据《日本经济新闻》报道，在日美合作机制框架下，日本本土的2纳米芯片工厂最快将在2025财年投产，商业化速度与业界领先的台积电、三星、英特尔处于同一水平。

据悉，在两国政府的多项双边机制推动下，日本和美国的私营企业可能会组建合资公司，此外日本的本土半导体产业也可能设立一个新的制造业中心，这部分的研发和资本支出也能获得日本经济产业省真金白银的补贴。

一般而言，更小的制程能够在更小的能耗下提供更强的性能，2纳米芯片被视为推出下一代量子电脑、数据中心和智能手机的关键一环。

目前台积电的2nm晶圆厂预期在今年三季度开工建设，并于2024年底投产。换帅后奋起直追的英特尔在今年四月宣布公司的18A制程(1.8纳米)将提前至2024年底投产。三星此前曾表示2025年实现量产2nm制程。

虽然日本企业在半导体材料领域具有重要地位，但优势集中在与液体(流体)有关的化学材料和设备上。虽然本土也有瑞萨电子这样的汽车半导体大厂，但主要产能局限在40纳米，更先进的制程则需要交给台积电生产。

虽然台积电和索尼已经宣布在日本熊本县合作建立“日积电”，不过这座新工厂的工艺制程局限在10-20纳米。虽然能够补上“关键芯片本土生产”的空缺，但有“一步到位”的机会日本显然不会错过。

根据报道，日美双方的联合研发将在今年夏天开始，研发和生产中心可能会在2025至2027财年中落成。今年五月，日美两国政府已经签订了半导体合作的基本框架，后续的细节将会在即将举行的“2+2”经济官员会谈中继续讨论。

在日本内阁上周批准的“新资本主义”日程表中，也提到在2030年前通过与美国的双边合作，建立设计和制造基地。

日本产业技术综合研究所已经在日本筑波市的实验室组织行业合作，研发先进半导体生产所需的技术，其中也包括2纳米制程，东京电子、佳能、IBM、英特尔和台积电都有参与。

有消息称，中科院经过科学家的不懈努力，我国在芯片领域不断取得突破，如我国自主研发的光刻机，为芯片自主生产奠定了坚实的基础。近日，在中科院制造出2纳米芯片，这一个级别的芯片全称为垂直纳米环珊晶体管。实际上就是硅-石墨烯-锗基片。

一. 如果我国自主研发出光刻机2纳米不是梦

现在的问题是我们还没有研究出来2纳米光刻机。但是，按照中芯国际的最新报道，中芯国际已经成功绕过荷兰ASML公司光刻机的专利，并能成功制造出7纳米芯片，在今年年底即将量产。不得不说这是个天大的好消息。

二. 光刻机与芯片的关系

应该说没有匹配的2纳米光刻机，再好的芯片，也就是基片也制造不出来2纳米芯片。光刻机是把电子元器件，几个亿或几十个亿的电子元器件刻出来，这是最关键的一道工序。目前只有荷兰ASML能生产的光刻机也在5纳米制程上，可想而知，制造出2纳米的光刻机，其技术难度难以想象。

2018年，中芯国际曾向荷兰ASML公司订购两台光刻机，可直至今日，这两台光刻机依然不见踪影，显然荷兰ASML公司已经违约，但这家公司给出的原因是，未获荷兰政府批准，不允许出口。相信明眼人都能知晓其中原因，其实政府不批准并不是关键，关键是美国等西方国家想要卡住我们的脖子，封锁我国的芯片技术。

三. 荷兰ASML没想到的事情发生了

这次中芯国际却狠狠地打了ASML的脸，即使没有你的光刻机，"中国芯"依然能够实现自主化生产。早在去年年底，中芯国际CEO梁孟松就对外宣布，目前中芯国际已经成熟地掌握14nm工艺，并且将在2020年第一季度实现量产，预计每个月的产量能达到3K-4K枚，这个消息无疑让中国的芯片行业振奋了起来，因为华为的麒麟710A芯片的工艺正是14nm，并且这款芯片正存在着代工缺口。

据梁孟松介绍称，目前N+1工艺正在测试之中，这种工艺下的芯片有着非常好的性能，在N+1工艺的加持下，芯片功耗相比原来下降一半，SoC面积大幅缩减，测试数据表面，这种工艺已经十分接近台积电的7nm制程工艺了，也就是说，中芯国际在没有ASML光刻机的情况下，也完成了7nm芯片的生产。预计在今年年底实现量产

真的了不起，中芯国际好样的。