一般认为28nm以下的工艺就已经是先进工艺了。而真正拉开不同公司的差距的是7nm。当台积电，三星争相进军3nm之时，昔日霸主intel仍然在10nm挣扎，第二大纯fab格罗方德早早放弃了7nm的研发，中芯国际仍在追赶，不过目前只是刚刚突破了12nm工艺。真正突破了7nm并继续前进的，目前仅有台积电和三星两家。
7nm是一个非常关键的节点，它是DUV光刻机所能达到的极限。从7nm开始，EUV光刻机将成为必须。没有EUV光刻机，将无法再进行下一代工艺的研发。
台积电的初代的7nm工艺，就完全由DUV光刻机实现。相对于台积电的上一代主要工艺节点16nm，7nm可以提供3.3倍的电路密度。相同功耗，可以提供35·40%的性能提升。如果基于相同的性能做比较，功耗可降低65%，非常可观。 后来，台积电基于初代7nm工艺，在生产步骤上进行了优化，推出了一个改进版本。叫做7nm性能增强版（7nm Performance-enhanced version，n7p）， 性能有所提升，约7%。
在引入EUV光刻机之后，首次应用在7nm的一些步骤的改进上。一些在DUV光刻机下需要多次曝光才能够完成的图形，由于EUV的引入，可以一次完成。这样做的好处就是能够减少多次曝光所引入的不可控的畸变，从而提升芯片的一致性和良率。引入EUV的7nm，被命名为N7plus。根据台积电方面的数据，n7plus和初代n7工艺相比，电路密度提升1.2倍，相同功耗情况下，性能可提升10%。相同性能下，功耗可降低15%。
这些就是DUV和EUV在7nm工艺的差异。
台积电马不停蹄，继续将EUV更多的应用与生产步骤中，计划推出了6nm（n6），这个工艺兼容7nm，类似于16nm和14nm的关系。N6用的客户不算多。因为对于追求极致功耗的或者极致性能的客户，往往会直接选择5nm(N5). 更何况，更先进的N5可能会先于N6量产。不过成本上，n6相比于n5，更为便宜。
台积电5nm工艺（n5）是继n7之后的主要工艺节点。可以说是现在能够量产的最先进的工艺。而N5的产能也不是一般的公司能够拿到。消息称，台积电n5的产能的一半以上都被苹果所占有，即便是高通，AMD这样的台积电的老客户，也无法拿到足够的产能。目前，N5仍处于产能爬坡期。台积电在美国正在建立6座5nm工厂。不过这些工厂距离量产预计仍有数年时间。
和N7相比，N5可以提供1.8倍的电路密度，相同功耗下15%的性能提升以及相同性能下，30%的功耗降低。
如果说7nm，在没有EUV光刻机情况下，还可以研发出来。那么在5nm，这将是不可能的。在EUV光刻机情况下，很多层也需要通过多次曝光的方式才能实现。N5，是第一个大量应用EUV光刻机的工艺（intensive EUV).
N5的下一代工艺就是3nm。自16nm开始，晶体管开始采用finFET结构。而到了3nm，FinFET结构也接近了极限。在台积电看来，FinFET仍然可以应用于3nm。而三星则走了另外一条路，GAAFET（Gate-all-around FET）。而与GAAFET类似的新结构，台积电准备应用于2nm工艺上。
简单来说，三星的GAAFET有进一步改进的潜力，例如2nm工艺。而台积电的FinFET 3nm，则成本更低。
根据台积电的计划，3nm的正式引入，应该在2022年。而三星已经抢先一步，发布了3nm工艺芯片。不过这款芯片是一款SDRAM存储芯片，并非通常意义上的soc芯片。三星的策略通常比较激进，以往相同工艺与台积电做比较的话，性能以及功耗等方面和台积电还是有一定差距。例如，苹果就曾同时将手机芯片交给台积电以及三星两家生产，在性能功耗方面，台积电的芯片都明显优于三星。因此，3nm哪家更强，我们还是拭目以待吧。
在芯片制造领域，已经形成了台积电，三星一大一小双寡头格局。我国的中芯国际目前已经取得了12nm上的突破。基于现有的DUV光刻机，理论上仍然可以实现7nm的工艺制程。
半导体领域中，光刻机，芯片制造，EDA距离欧美仍有较大差距。不过目前半导体产业已经引起全国各界的重视，突破应该是迟早的事。另外，美国安全局也发布报告称，美国产业链过度依赖台积电。欧盟委员会正式发布的《2030 DigitalCompass》规划书，大力发展下一代2nm的先进制造。因此，全球半导体产业呈现出了“去台湾化”的趋势，值得台积电警惕。
作者：白山头
来源：https://mp.weixin.qq.com/s/J3...
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