1nm，在路上了

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

IBM 计划在未来几年内开发出 1 纳米以下的半导体技术，而 Rapidus 未来可能承担该芯片的量产任务。

据悉，IBM 正寻求与日本 Rapidus 公司建立长期合作伙伴关系，共同开发 1 纳米以下芯片。在 2 纳米合作的基础上，IBM 已向 Rapidus 位于北海道的工厂派遣工程师，标志着两家公司在追求下一代半导体生产以及日本加大对芯片创新投资的背景下，双方的合作关系将更加深入。

报道称，IBM 半导体研发部门总经理 Mukesh Khare 表示，IBM 希望与 Rapidus 建立长期合作伙伴关系，共同推进下一代半导体技术。除了目前在 2nm 芯片量产方面的合作外，IBM 还希望与 Rapidus 继续在更先进的工艺节点上开展合作。

报道指出，IBM 计划在未来几年内开发出 1 纳米以下的半导体技术，而 Rapidus 未来可能承担该芯片的量产任务。Khare 证实，IBM 已向 Rapidus 位于北海道的工厂派遣了约 10 名工程师，并强调公司将全力支持 Rapidus 在 2027 年前成功实现 2 纳米芯片的生产。

IBM 与日本半导体公司 Rapidus 扩大了合作，以开发量产技术，重点关注 2nm 代半导体。该合作伙伴关系于 2024 年 6 月宣布，旨在支持日本新能源和工业技术发展组织 (NEDO) 的项目，该项目旨在推进下一代半导体的芯片和封装设计。

到2024年12月，双方合作取得了一个重要的里程碑，创造了一种名为“选择性层缩减”（Selective Layer Reduction）的全新芯片构造方法。该工艺能够实现具有多阈值电压（Multi-Vt）的纳米片环栅晶体管的持续生产。这项创新有助于实现更节能、更复杂的计算，这对于将2纳米晶体管规模化到量产水平至关重要。

当前的芯片制造霸主台积电计划2030年实现1nm（A10节点）的量产，并计划在单个封装内集成超过1万亿个晶体管。1nm工艺将服务于AI、量子计算、自动驾驶等高性能领域，满足超低功耗和高算力需求。

台积电计划2025年量产2nm，2027年进入1.4nm（A14节点），且资本投入远超三星（2025年预计380~420亿美元）。

高昂的成本是所有半导体制造商绕不去的一道坎，2025年台积电资本支出预算达380-420亿美元，同比增长40%，其中171亿美元专门用于先进制程和封装技术升级。远远超过了此前的工艺成本，而台积电的3nm和5nm工厂的建设资金则大约为200亿美元。

High-NA EUV光刻的高昂价格也是成本增加的一个重要因素。今年年初ASML 和 Imec 宣布建立了一项为期五年的合作伙伴关系，旨在使 Imec 的研究人员和开发人员能够使用 ASML 的最新工具。

报道指出，此举专注于2nm 以下工艺技术，这些技术将需要 ASML 最新的光刻技术（包括高数值孔径）、计量和检测工具。Imec 将确保来自学术界和各公司的工程师拥有用于研究的最新设备，而 ASML 将确保其工具被整合到尖端工艺技术中。

根据该合作伙伴关系，Imec 将获得 ASML 全面的先进晶圆制造设备 (WFE)，包括顶级 Twinscan NXT (DUV)、Twinscan NXE（具有 0.33 数值孔径光学器件的Low NA EUV 工具）和 Twinscan EXE（具有 0.55 数值孔径光学器件的高HighNA EUV 工具）光刻系统。此外，Imec 将在其设施中整合 ASML 的YieldStar 光学计量解决方案和 HMI 的单光束和多光束检测工具。

这些工具将安装在比利时Imec 的试验线上，并纳入欧盟和Flemish资助的 NanoIC 试验线。

ASML 的最新一代设备将用于开发下一代半导体生产技术，特别是 2nm 以下的制造技术。人们认为，为了在 2nm 以下的制造节点上实现高效制造，光刻工具必须支持单次曝光 8nm 的分辨率，而这只有 High-NA EUV 工具才能实现。然而，每台 High-NA EUV 系统的成本高达 3.5 亿美元，这使得新玩家或研究人员无法获得。

ASML 和 Imec 的研究人员之前主要在位于荷兰费尔德霍芬的 ASML 专用研究设施中使用高 NA（0.55 NA EUV）工具。ASML 在其自己的场地安装了这些第一代High NA EUV 机器，用于初步测试、评估以及与 Imec 和其他合作伙伴的合作研究。

作为全球领先的半导体制造商之一，三星一直在半导体技术领域保持着领先地位。为了实现1nm芯片的量产，三星在技术研发和工艺优化方面做出了大量努力。首先，三星引入了“Gate-All-Around（GAA）”电流控制技术，这一技术能显著降低晶体管的漏电流，提升芯片的功率效率。其次，三星在光刻技术方面也取得了显著进展，成功实现了多次曝光和精准定位等关键技术。此外，三星还在新材料、新工艺等方面进行了大量研究，为1nm芯片的量产提供了有力支持。

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