7nm的難度到底在哪？從7nm又能看出什么問題？

和1Xnm半導(dǎo)體工藝的百花齊放相比，個位數(shù)的制程就顯得單調(diào)許多了，很多在1Xnm大放異彩的半導(dǎo)體公司都在7nm制程處遭遇到了苦頭，隨著AMD御用代工廠商GF宣布無限期延期7nm制程工藝，目前僅剩下的7nm工藝也只有臺積電能夠在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，無論是華為的麒麟980處理器還是蘋果的A12處理器，他們清一色地選擇了臺積電作為代工廠。在這個贏者通吃的半導(dǎo)體工業(yè)中，臺積電似乎占據(jù)了半壁江山，尤其是7nm這種先進(jìn)制程工藝。而芯片行業(yè)也隨著工藝難度的加深呈現(xiàn)貧富兩極分化的情況。

為什么7nm工藝制程這么難？

在討論7nm制程難度的時候，我們需要普及一個量子力學(xué)上的概念，這樣子可以有助于我們理解為什么低制程的成本急劇提升，那就是量子隧穿效應(yīng)。

在量子力學(xué)里，量子隧穿效應(yīng)指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，盡管位勢壘的高度大于粒子的總能量。在經(jīng)典力學(xué)里，這是不可能發(fā)生的，但使用量子力學(xué)理論卻可以給出合理解釋。

如果通俗點(diǎn)來講，就是說制程工藝到一定程度下，電路與電路之間的距離降低到一定程度就會出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)，這些電子呈現(xiàn)的是一種我們所不知道的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動，于是這些不可控制的電子造成了半導(dǎo)體的漏電率急劇上升，有太多的能源被浪費(fèi)在控制電子運(yùn)動上，自然不能發(fā)揮晶體管應(yīng)該有的性能，宏觀上表現(xiàn)為處理器的發(fā)熱量增加，但是性能沒有太大的變化。

當(dāng)然對于量子隧穿效應(yīng)目前還沒有完全能夠消除的辦法，畢竟這個已經(jīng)屬于自然規(guī)律，即使是量子力學(xué)我們也沒有完全掌握，因此只能減少這種情況的發(fā)生。這就意味著制造材料需要進(jìn)行重新研發(fā)，而這種尖端技術(shù)的投入可能是無底洞，投資了一大筆錢，最后獲得的成果或許不盡如人意，沉沒成本實(shí)在太高，因此只有充足的資金才能夠投入到更新的工藝制程的研發(fā)中去。

而實(shí)現(xiàn)低距離制程的還有一個重要的因素，那就是被稱之為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花的***，7nm制程的實(shí)現(xiàn)離不開高性能***的運(yùn)行，其中荷蘭的ASML幾乎壟斷了全球頂級***的份額。

眾所周知，***這種精密儀器制造成本高和制造時間漫長，其中ASML最新的***之一的NXT2000i***單臺售價更是達(dá)到上億美元，而NXT2000i***也是進(jìn)行7nm乃至于未來5nm制程的最佳利器，盡管***售價高昂，但是追求者絡(luò)繹不絕。除了臺積電之外，三星和Intel也砸巨資追求這臺性能出色的***，在產(chǎn)量有限的情況下，其他的芯片工藝制造商即使擁有合適的工藝，沒有性能出色的***，同樣不能進(jìn)行優(yōu)秀的代工。這也就是7nm制程芯片成本急劇提升，量產(chǎn)困難的另外一個原因。

除了臺積電，還有誰？

當(dāng)然不差錢的主除了臺積電之外，自然還有其他的半導(dǎo)體公司在追求7nm制程工藝，包括三星以及英特爾。和臺積電進(jìn)行純粹的代工不同的是，三星和英特爾都有自己的產(chǎn)業(yè)鏈，也就是說自己就可以實(shí)現(xiàn)自給自足。當(dāng)然這也是7nm時代能夠存活下來的一個重要因素。

芯片代工講究的是規(guī)模效應(yīng)，前期投入的資金需要通過大量的芯片來平攤巨額的研發(fā)成本，同時芯片代工行業(yè)也是一個商業(yè)行為，企業(yè)追求是利潤，如果沒有利潤，賠本的買賣相信大家都不愿意長期干下去。

而作為擁有完整IC設(shè)計的三星和英特爾自然擁有大量的芯片需求來滿足自己的芯片代工行業(yè)。即使沒有代工，他們同樣可以自主滿足7nm工藝制程的產(chǎn)能，而其他的芯片代工或許就沒這么幸運(yùn)了。例如格羅方德先進(jìn)制程制造公司，沒有了AMD最新的Zen 2以及Navi顯卡的訂單，自然推廣7nm制程的動力就小了很多，沒有訂單也沒有利潤，導(dǎo)致沒有足夠的研發(fā)資金投入到先進(jìn)制程工藝的研發(fā)中去。

“馬太效應(yīng)”逐漸顯現(xiàn)

馬太效應(yīng)，指強(qiáng)者愈強(qiáng)、弱者愈弱的現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于社會心理學(xué)、教育、金融以及科學(xué)領(lǐng)域。馬太效應(yīng)，是社會學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家們常用的術(shù)語，反映的社會現(xiàn)象是兩極分化，富的更富，窮的更窮?！榜R太效應(yīng)”同樣適用于7nm的芯片行業(yè)，在這個贏者通吃的行業(yè)中，像臺積電憑借著率先實(shí)現(xiàn)的7nm工藝獲得了大量的訂單，而AMD也已經(jīng)宣布未來的Zen 2和Navi顯卡將會讓臺積電進(jìn)行代工，海量的訂單滿足了臺積電的7nm胃口，自然可以分?jǐn)偩揞~研發(fā)費(fèi)用，同時還能賺取大量的利潤進(jìn)行更進(jìn)一步的制程工藝中來，這種良性循環(huán)也讓臺積電的財報節(jié)節(jié)攀升。

而其他的芯片代工企業(yè)恐怕就過得不那么舒服了，沒有率先占據(jù)7nm的高點(diǎn)，隨后便失去客戶的訂單，同時也沒有足夠的預(yù)算進(jìn)行研發(fā)投入，這樣周而復(fù)始，自然也就退出了芯片行業(yè)的競爭中來。而整個芯片行業(yè)也伴隨著門檻的提升處于寡頭化的情形，除非有黑科技大幅降低先進(jìn)制程的制造成本，玩得轉(zhuǎn)現(xiàn)在和未來芯片代工的最終還是那幾個科技巨頭。