1nm，在路上了

據悉，IBM 正尋求與日本 Rapidus 公司建立長期合作伙伴關系，共同開發 1 納米以下芯片。在 2 納米合作的基礎上，IBM 已向 Rapidus 位于北海道的工廠派遣工程師，標志著兩家公司在追求下一代半導體生產以及日本加大對芯片創新投資的背景下，雙方的合作關系將更加深入。

報道稱，IBM 半導體研發部門總經理 Mukesh Khare 表示，IBM 希望與 Rapidus 建立長期合作伙伴關系，共同推進下一代半導體技術。除了目前在 2nm 芯片量產方面的合作外，IBM 還希望與 Rapidus 繼續在更先進的工藝節點上開展合作。

報道指出，IBM 計劃在未來幾年內開發出 1 納米以下的半導體技術，而 Rapidus 未來可能承擔該芯片的量產任務。Khare 證實，IBM 已向 Rapidus 位于北海道的工廠派遣了約 10 名工程師，并強調公司將全力支持 Rapidus 在 2027 年前成功實現 2 納米芯片的生產。

IBM 與日本半導體公司 Rapidus 擴大了合作，以開發量產技術，重點關注 2nm 代半導體。該合作伙伴關系于 2024 年 6 月宣布，旨在支持日本新能源和工業技術發展組織 (NEDO) 的項目，該項目旨在推進下一代半導體的芯片和封裝設計。

到 2024 年 12 月，雙方合作取得了一個重要的里程碑，創造了一種名為「選擇性層縮減」（Selective Layer Reduction）的全新芯片構造方法。該工藝能夠實現具有多閾值電壓（Multi-Vt）的納米片環柵晶體管的持續生產。這項創新有助于實現更節能、更復雜的計算，這對于將 2 納米晶體管規模化到量產水平至關重要。

當前的芯片制造霸主臺積電計劃 2030 年實現 1nm（A10 節點）的量產，并計劃在單個封裝內集成超過 1 萬億個晶體管。1nm 工藝將服務于 AI、量子計算、自動駕駛等高性能領域，滿足超低功耗和高算力需求。

臺積電計劃 2025 年量產 2nm，2027 年進入 1.4nm（A14 節點），且資本投入遠超三星（2025 年預計 380~420 億美元）。

高昂的成本是所有半導體制造商繞不去的一道坎，2025 年臺積電資本支出預算達 380-420 億美元，同比增長 40%，其中 171 億美元專門用于先進制程和封裝技術升級。遠遠超過了此前的工藝成本，而臺積電的 3nm 和 5nm 工廠的建設資金則大約為 200 億美元。

High-NA EUV 光刻的高昂價格也是成本增加的一個重要因素。今年年初 ASML 和 Imec 宣布建立了一項為期五年的合作伙伴關系，旨在使 Imec 的研究人員和開發人員能夠使用 ASML 的最新工具。

報道指出，此舉專注于 2nm 以下工藝技術，這些技術將需要 ASML 最新的光刻技術（包括高數值孔徑）、計量和檢測工具。Imec 將確保來自學術界和各公司的工程師擁有用于研究的最新設備，而 ASML 將確保其工具被整合到尖端工藝技術中。

根據該合作伙伴關系，Imec 將獲得 ASML 全面的先進晶圓制造設備 (WFE)，包括頂級 Twinscan NXT (DUV)、Twinscan NXE（具有 0.33 數值孔徑光學器件的 Low NA EUV 工具）和 Twinscan EXE（具有 0.55 數值孔徑光學器件的高 HighNA EUV 工具）光刻系統。此外，Imec 將在其設施中整合 ASML 的 YieldStar 光學計量解決方案和 HMI 的單光束和多光束檢測工具。

這些工具將安裝在比利時 Imec 的試驗線上，并納入歐盟和 Flemish 資助的 NanoIC 試驗線。

ASML 的最新一代設備將用于開發下一代半導體生產技術，特別是 2nm 以下的制造技術。人們認為，為了在 2nm 以下的制造節點上實現高效制造，光刻工具必須支持單次曝光 8nm 的分辨率，而這只有 High-NA EUV 工具才能實現。然而，每臺 High-NA EUV 系統的成本高達 3.5 億美元，這使得新玩家或研究人員無法獲得。

ASML 和 Imec 的研究人員之前主要在位于荷蘭費爾德霍芬的 ASML 專用研究設施中使用高 NA（0.55 NA EUV）工具。ASML 在其自己的場地安裝了這些第一代 High NA EUV 機器，用于初步測試、評估以及與 Imec 和其他合作伙伴的合作研究。

作為全球領先的半導體制造商之一，三星一直在半導體技術領域保持著領先地位。為了實現 1nm 芯片的量產，三星在技術研發和工藝優化方面做出了大量努力。首先，三星引入了「Gate-All-Around（GAA）」電流控制技術，這一技術能顯著降低晶體管的漏電流，提升芯片的功率效率。其次，三星在光刻技術方面也取得了顯著進展，成功實現了多次曝光和精準定位等關鍵技術。此外，三星還在新材料、新工藝等方面進行了大量研究，為 1nm 芯片的量產提供了有力支持。