半導體行業(yè)正在經(jīng)歷數(shù)字、模擬、工具、制造技術和材料方面的巨大進步。 芯片開發(fā)在從設計到生產(chǎn)的各個層面都需要高度精密和復雜的過程。推進這一過 程需要從建筑設計到可持續(xù)材料和端到端制造的重大變革，以滿足對半導體不斷 增長的需求。為實現(xiàn)這一目標，業(yè)界正在采用最新技術來提高高度先進工藝節(jié)點 的效率和產(chǎn)量。
半導體，物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化轉型的支柱
我們正在見證物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、智能設備和最近的 5G 領域的重大進步。要了 解這些創(chuàng)新將引領我們走向何方，以及我們應該對它們有何期待，我們需要對使 這一新的創(chuàng)新浪潮成為可能的基礎技術有一個基本的了解。隨著半導體技術驅動 的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和 5G 的發(fā)展，人工智能的演進將比以往任何時候都更快。在過 去的 30 年里，半導體技術的發(fā)展一直是計算能力增長的原動力。據(jù)說半導體約 占計算硬件成本的 50%?；诎雽w技術，人工智能計算設備與社會的融合將 更加無縫和無孔不入。一個例子是自動駕駛汽車，它使用無處不在的移動邊緣計 算和復雜的算法來處理和分析駕駛數(shù)據(jù)?；?5G 通信基礎設施，人工智能（AI） 和機器學習使用計算機視覺了解周圍場景，然后規(guī)劃和執(zhí)行安全駕駛操作。這使 出行更安全、更智能、更高效。物聯(lián)網(wǎng)設備幾乎可以將任何產(chǎn)品變成智能設備， 從供水系統(tǒng)到服裝。零售、醫(yī)療保健、生命科學、消費品和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)都有很高 的需求。
未來的創(chuàng)新還將使個性化芯片更容易獲得，并使芯片生產(chǎn)更有效，最重要的 是，更具可持續(xù)性。隨著互聯(lián)設備越來越普遍，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）對半導體行業(yè)非 常重要。隨著智能手機行業(yè)停滯不前，半導體行業(yè)必須尋找其他具有增長潛力的 途徑。盡管面臨挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)仍然是該行業(yè)最合乎邏輯的選擇。沒有傳感器和集 成電路，物聯(lián)網(wǎng)應用就無法運行，因此所有物聯(lián)網(wǎng)設備都需要半導體。多年來推 動半導體行業(yè)增長的智能手機市場已經(jīng)開始趨于平穩(wěn)。物聯(lián)網(wǎng)市場可以為半導體 制造商帶來新的收入，并在可預見的未來保持半導體行業(yè)以 3%至 4%復合年增長 率的增長。
半導體的大趨勢和未來機遇
半導體技術工藝節(jié)點是衡量芯片晶體管和其他組件尺寸的指標。這些年來節(jié) 點的數(shù)量一直在穩(wěn)步增加，導致計算能力相應增加。節(jié)點通常意味著不同的電路 世代和架構。一般來說，更小的技術節(jié)點意味著更小的特征尺寸，這會產(chǎn)生更小、 更快、更節(jié)能的晶體管。這種趨勢使我們能夠開發(fā)更強大的計算機和更小尺寸的 設備。工藝節(jié)點和 CMOS 晶體管性能之間存在關系。頻率、功率和物理尺寸都受 工藝節(jié)點選擇的影響。這就是了解半導體工藝如何隨時間演變的重要性的原因。 半導體技術節(jié)點的歷史可以追溯到 20 世紀 70 年代，當時英特爾發(fā)布了第一款微 處理器 4004。從那時起，由于半導體技術節(jié)點尺寸的進步，我們看到計算能力 呈指數(shù)級增長。這使我們能夠創(chuàng)造出更小、功能更強大的設備，例如智能手機、 平板電腦和可穿戴設備。Apple A15 Bionic 是當今大多數(shù) Apple 最新產(chǎn)品的核心， 采用 7 納米節(jié)點技術的近 40 億個工作晶體管。
工藝節(jié)點在半導體技術中的作用
半導體節(jié)點是決定微控制器性能的關鍵因素。隨著技術的進步，每個微控制 器中的節(jié)點數(shù)量不斷增加。這一趨勢在過去幾年中已經(jīng)觀察到，預計今后將繼續(xù) 下去。技術節(jié)點(也稱為工藝節(jié)點、工藝技術或簡稱為節(jié)點)是指特定的半導體制 造工藝及其設計規(guī)則。不同的節(jié)點通常意味著不同的電路世代和架構。一般來說， 工藝節(jié)點越小，特征尺寸越小，晶體管越小，速度越快，越節(jié)能。歷史上，工藝 節(jié)點名稱指的是晶體管的許多不同特性，包括柵極長度和 M1 半節(jié)距。最近，由 于各種營銷活動和代工廠之間的分歧，這個數(shù)字本身已經(jīng)失去了它曾經(jīng)擁有的確 切含義。較新的技術節(jié)點，如 22 納米、16 納米、14 納米和 10 納米，僅指采用 特定技術制造的特定世代芯片。它不對應于柵極長度或半間距。盡管如此，命名 約定還是得到了尊重，這就是主要代工廠對節(jié)點的稱呼。
早期的半導體工藝有任意的名稱，例如，HMOS III，CHMOS V。后來，每個 新一代工藝都被稱為技術節(jié)點或工藝節(jié)點，以工藝晶體管的納米（或歷史上的 1 微米）工藝的最小特征尺寸來表示柵極長度，例如“90 納米工藝”。然而，自 1 994 年以來，情況發(fā)生了變化，用于命名工藝節(jié)點的納米數(shù)已成為一個營銷術語， 與實際特征尺寸或晶體管密度（每平方毫米的晶體管數(shù)量）無關。
技術節(jié)點流程的演變
本質上，技術節(jié)點是對應于晶體管的物理特征尺寸。最初，每個微控制器都 是由晶體管組成的，晶體管基本上是控制電流流動的開關，允許微控制器執(zhí)行其 邏輯功能。諸如 28 納米或 65 納米的技術節(jié)點指的是可以繪制在布局上的最小數(shù) 據(jù)圖形特征（半個間距或柵極長度）。然而，技術節(jié)點的命名沒有標準化。諸如 28 nm 或 65 nm 之類的節(jié)點名稱實際上來自傳統(tǒng)平面 MOSFET 配置中所示的晶 體管的最小柵極長度。一般來說，技術節(jié)點給出了晶體管在每平方毫米基板上的 密集程度。從 22 納米技術開始，該技術已經(jīng)轉向鰭式場效應晶體管（FinFET）， 其中 FinFET 后面的架構是三維配置，并且柵極長度的術語不再適合描述工藝技 術。如今，隨著技術從平面結構轉向 FinFET 或全柵極 FET（GAA FET），10 和 5 納米等技術節(jié)點不再對應于任何柵極長度或半間距距離。