在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，2納米及以下工藝正成為各大廠商競(jìng)相追逐的技術(shù)高地。然而，隨著晶體管尺寸的不斷縮小，摩爾定律的延續(xù)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，通過(guò)縮小晶體管、導(dǎo)線和存儲(chǔ)單元尺寸來(lái)提升芯片性能的方法，在2納米制程下遭遇了物理極限的制約。導(dǎo)線過(guò)細(xì)導(dǎo)致的RC延遲問(wèn)題日益突出，SRAM作為緩存的主要手段，其尺寸縮小速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)字邏輯電路，進(jìn)而限制了單芯片上的存儲(chǔ)容量。工藝偏差的加劇使得晶圓廠在維持高良率方面面臨巨大困難，數(shù)百個(gè)插入點(diǎn)和數(shù)十種制造工具的微小差異都可能導(dǎo)致芯片缺陷率上升，成本增加而良率下降。

Synopsys工程副總裁Abhijeet Chakraborty指出，盡管人們期望尺寸縮小能帶來(lái)性能提升和功耗降低，但實(shí)際挑戰(zhàn)在于如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。他提到，對(duì)于許多注重每瓦性能和晶體管密度的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，更低的功耗極具吸引力，但能否在2納米制程下實(shí)現(xiàn)性能提升10%到15%、功耗降低20%到30%，仍是一個(gè)未知數(shù)。良率和可制造性成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

隨著工藝的演進(jìn)，制造過(guò)程中的裕量設(shè)計(jì)成為另一大挑戰(zhàn)。proteanTecs首席技術(shù)官Evelyn Landman表示，在2納米和18A工藝中，裕量已成為最受詬病的資源之一。傳統(tǒng)的靜態(tài)保護(hù)帶設(shè)計(jì)已無(wú)法應(yīng)對(duì)工藝偏差、熱效應(yīng)、環(huán)境影響和工作負(fù)載壓力等多重挑戰(zhàn)。她提出，直接測(cè)量保護(hù)帶，即在實(shí)際工作負(fù)載下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)序裕量，并在產(chǎn)品生命周期內(nèi)持續(xù)管理，是提升芯片性能和可靠性的關(guān)鍵。

在材料創(chuàng)新方面，半導(dǎo)體行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的變革。Lam Research的首席人工智能官David Fried提到，從高介電常數(shù)材料和金屬柵極到硅鍺應(yīng)力源，材料創(chuàng)新層出不窮。隨著先進(jìn)邏輯晶體管的發(fā)展，每十年都會(huì)出現(xiàn)幾項(xiàng)關(guān)鍵材料創(chuàng)新。例如，從鎢到鉬的過(guò)渡已經(jīng)在NAND和DRAM字線以及底層邏輯互連中發(fā)生，而鈷到釕的過(guò)渡也將在特定領(lǐng)域得到應(yīng)用。這些材料過(guò)渡不僅發(fā)生在邏輯領(lǐng)域，還涉及DRAM和專業(yè)先進(jìn)封裝等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。

人工智能數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設(shè)，正從根本上改變2納米及以下制程芯片的設(shè)計(jì)和制造格局。由于單個(gè)芯片上的空間不足以處理生成式人工智能和智能人工智能所需的大量數(shù)據(jù)，多芯片封裝的芯片組成為新的發(fā)展方向。然而，這種轉(zhuǎn)變帶來(lái)了一系列新的權(quán)衡取舍。定制化高級(jí)封裝中的多個(gè)芯片雖然不再受面積限制，但數(shù)據(jù)的編排和傳輸卻變得極具挑戰(zhàn)性。解析人工智能計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的、大規(guī)模并行操作，其中處理過(guò)程可能被分配到不同的處理單元，最終將結(jié)果合并。這一過(guò)程中，任何處理單元的延遲或數(shù)據(jù)路徑的不均勻老化都可能降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，芯片行業(yè)正探索新的封裝技術(shù)和材料。例如，集成光子學(xué)的興起為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了新的解決方案。盡管集成光子學(xué)的材料選擇復(fù)雜，但大型人工智能系統(tǒng)的需求正推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。為了使用更細(xì)的導(dǎo)線在更長(zhǎng)的距離上傳輸更多數(shù)據(jù)，新的材料和工藝被不斷引入，以提高電子遷移率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和減少翹曲。

在封裝技術(shù)方面，面板級(jí)芯片方案正逐漸成為新的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的300毫米圓形晶圓相比，矩形面板能容納更多的芯片，且工藝更容易標(biāo)準(zhǔn)化。英特爾實(shí)驗(yàn)室甚至提出了500 x 500毫米的全尺寸面板方案，以進(jìn)一步提升芯片制造的效率。然而，這種變化需要全新的設(shè)備和不同的薄晶圓處理方法，同時(shí)也帶來(lái)了機(jī)械應(yīng)力等新的挑戰(zhàn)。

隨著定制化需求的增加，各大晶圓代工廠正提供多樣化的定制化方案。Rapidus的晶圓級(jí)芯片和面板級(jí)芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超越2納米的電子傳輸通道定制化，而英特爾則通過(guò)集成傳輸通道到下層金屬層并提供額外金屬層以供定制。臺(tái)積電通過(guò)其NanoFlex技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)單元架構(gòu)中提供靈活性，三星則計(jì)劃提供定制的HBM以提升性能。這些定制化方案不僅滿足了不同市場(chǎng)的需求，也推動(dòng)了先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)的發(fā)展。