半导体迈入2纳米时代，有哪些技术突破？未来又有哪些挑战？

景点排名 2025年09月16日 21:22 0 admin

现在半导体行业已经摸到了2纳米技术的门槛，这不是实验室里仅供观赏的概念，而是真能落地改变电子设备的新东西。

小到我们手里的手机，大到数据中心的服务器，以后的性能、续航，可能都要靠这2纳米技术撑着。

今天就顺着技术发展的脉络，聊聊2纳米是怎么来的、有啥硬实力，还有它要落地得闯过哪些关。

从摩尔定律到2nm

1965年有个叫戈登·摩尔的人，后来成了英特尔的联合创始人。

他当时说，集成电路上的晶体管数量，差不多每18到24个月就会翻一倍。

没想到之后几十年，整个行业真就照着这个节奏跑，这就是后来大家常说的摩尔定律。

但技术总有瓶颈，当晶体管做到20纳米以下时，以前常用的平面晶体管出了问题，关断的时候会漏电流，电流流动也不稳定。

2010年代初，鳍式场效应晶体管（FinFET）出现了，它把沟道做成垂直的鳍片，栅极从三面把鳍片包住，漏电流的问题才算解决，这也撑着行业走到了3纳米节点。

解决了晶体管结构的问题，“画图”又成了难题。

要在芯片上刻出10纳米以下的电路，以前用的193nmArF准分子激光器根本不够用。

无奈之下，行业先搞了浸没式光刻、多重图案化这些过渡技术，直到极紫外（EUV）光刻出来，7纳米及以下的电路雕刻才成了可能，这也为2纳米铺路。

2021年，IBM拿出了2纳米原型芯片，里面用了三层硅纳米片做的环栅晶体管。

这算是个里程碑，跟7纳米芯片比，它性能能提不少，功耗还能降很多。

现在台积电、三星也在跟上，台积电计划2024年试产，三星想2025年量产，能玩得起2纳米的，也就这几家巨头了。

2nm的硬核优势

2纳米技术能立足，核心是环栅（GAA）晶体管的设计。

以前的FinFET是三面围栅极，GAA不一样，它用纳米片或纳米线当沟道，栅极把沟道整个包起来。

这样对电流的控制更严，漏电流更少，晶体管做得更小，性能还能往上走。

IBM那款原型芯片，就用了三层硅纳米片的GAA结构，一平方毫米的面积里，能装500亿个晶体管。

这密度很夸张，以前的7纳米芯片，同等面积装的晶体管还不到它的一半。

而且性能和功耗的平衡做得更好，比如手机用2纳米芯片，续航可能比现在多1倍还不止。

更关键的是，2纳米能撑住人工智能和物联网的需求。

AI服务器需要极高的算力，还不能太费电，2纳米芯片刚好能满足。

物联网设备大多靠电池供电，数量又有几十亿个，2纳米技术能让它们本地跑AI模型，不用总把数据传到云端，既省点又保护隐私。

2纳米不只是“小”，还结合了3D集成、新材料这些技术。

比如把多个芯片堆叠起来，或者用更高迁移率的材料做沟道，这其实是为“后摩尔时代”做准备，毕竟晶体管不能无限缩小，得靠其他方法补算力。

2nm的难在哪

2纳米的第一个坎是制造，工艺步骤超过1000道，原子级别的误差都可能让晶体管失效，良率控制特别难。

现在全球能把2纳米良率做到可量产水平的，也就台积电、三星、英特尔这几家，其他公司连边都摸不到。

设备也是个大问题，EUV光刻机是做2纳米的核心设备，一台要1.5亿美元，还得从ASML买，而且ASML的产能有限，2025年全球能用上的EUV估计还不到50台。

更何况，美国对EUV的出口还有管制，有些企业想买都买不到，这就把很多玩家挡在了门外。

地缘政治也给2纳米添了麻烦，现在半导体供应链越来越集中，2纳米初期产能主要在台积电（中国台湾）和三星（韩国），一旦有什么波动，全球的芯片供应都可能受影响。

这种集中化不是好事，但短期内也没什么好办法改变，如此看来，2纳米不是终点，而是行业换赛道的起点。

现在已经有人在研究1纳米及以下的技术，比如用二硫化钼做二维材料晶体管，或者搞量子点技术。

以后可能不只是靠缩小晶体管，还得靠异构集成，把光子芯片、存算一体架构跟2纳米芯片结合，这路难走，但走通了就是新天地。

说到底，2纳米技术是半导体行业的一个里程碑，它既延续了摩尔定律的余温，又为后摩尔时代开了头。

虽然现在有制造、设备、地缘这些难题，但它能让AI更高效、物联网更实用，这是实实在在的价值。

未来行业要做的，就是把这些难题一个个解开，让2纳米从“高端技术”变成“常用技术”，到那时候，我们手里的电子设备，才会真正迎来一次大升级。

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