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日美向2奈米半導體邁出一步

2023/06/13

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半導體

       半導體的電晶體(元件)是長的,一直採用平面型結構。從過去約10年的尖端産品來看,自從美國英特爾在22奈米半導體上採用“FinFET結構”以來,就一直採用這種結構。臺積電(TSMC2022年底開始量産的3奈米半導體也採用FinFET結構。但是,如果低於2奈米,就不得不改變元件結構。原因是現有結構難以進一步提高性能。

 

       半導體借助通電時打開、不通電時關斷等方式來進行計算。由被稱為柵極(gate)的調節閥來控制是否通電。FinFET結構是在電流通道的四個側面中,柵極堵住三個方向。

 

 

       隨著半導體的微細化,柵極也會變得細小,控制能力減弱。如果比2奈米半導體更小,沒有以柵極堵住的地方的電流泄漏將增加。這樣會浪費電力,難以提高節能性能。而“全環繞柵極”則是將四個方向都用柵極圍起來,以防止泄漏。

 

       IBM留下的研發部門

 

       IBM在2015年因虧損而出售了半導體製造部門。為什麼現在卻成了Rapidus的領路人呢?其背景在於,IBM為了強化伺服器等的競爭力,留下了研發部門。

 

       實際上,IBM2010年代後半期的5年裏投入30億美元,持續開發最尖端半導體。這成為目前的盈利來源雲業務等的基礎,IBM像重視量子電腦和AI等那樣,同等地重視半導體。IBM研究部門的副總裁穆克什·哈雷(Mukesh Khare)表示,“最尖端半導體對IBM的基礎設施業務來説是不可或缺的”。

 

       接手其製造部門的格羅方德(GlobalFoundries)于20234月起訴IBM,稱其在出售後繼續不當使用智慧財産權和商業秘密。不過,熟悉美國智慧財産權訴訟的日本律師一色太郎表示,“作出判決至少需要2~3年”,在此基礎上表示“技術日趨錯綜複雜,證明格羅方德説法的難度很大”。

 

       企業正在等待2奈米半導體問世。日本Preferred Networks正在開發自主半導體,以實現高性能的人工智慧。該公司首席執行官(CEO)西川徹針對Rapidus表示期待稱,“似乎能夠靈活地定制(半導體),非常感興趣”。

 

       要想實現實用化,Rapidus需要克服很大障礙。舉例而言,如果Rapidus不能為使用半導體的企業充實支援電路設計的功能,就無法順利獲得訂單。此外,確保人才的競爭也日趨激烈。剛剛開始的與IBM的合作只是漫長道路上的一步。

 

       在微細化競爭中被甩開的日本企業

 

       半導體的整合度每2年翻一番。使這一“摩爾定律”成立的是微細化技術。不過,過去20年需要原子級的製造技術,實現這一目標的投資已膨脹至以萬億日元為單位的水準。目前,運作最先進生産線的企業實際上只有兩家。Rapidus面臨一場殘酷的比賽。

 

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