为什么说7nm是半导体工艺的极限，但现在又被突破了

7nm不是工艺极限，而是物理极限。要做个小于7nm的器件并不难，大不了用ebeam lith。但是Si晶体管小于7nm，隔不了几层原子，遂穿导致漏电问题就无法忽略，做出来也没法用。

芯片上集成了太多太多的晶体管，晶体管的栅极控制着电流能不能从源极流向漏极，晶体管的源极和漏极之间基于硅元素连接。随着晶体管的尺寸逐步缩小，源极和漏极之间的沟道也会随之缩短，当沟道缩短到一定程度时，量子隧穿效应就会变得更加容易。

晶体管便失去了开关的作用，逻辑电路也就不复存在了。2016年的时候，有媒体在网络上发布一篇文章称，“厂商在采用现有硅材料芯片的情况下，晶体管的栅长一旦低于7nm、晶体管中的电子就很容易产生量子隧穿效应，这会给芯片制造商带来巨大的挑战”。所以，7nm工艺很可能，而非一定是硅芯片工艺的物理极限。

现在半导体工业上肯定是优先修改结构，但是理论上60mV/decade这个极限是目前半导体无法越过的。真正的下一代半导体肯定和现在的半导体有着完全不同的工作原理，无论是TFET还是MIFET或者是别的什么原理，肯定会取代目前的半导体原理。

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难点以及所存在的问题

半导体制冷技术的难点半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的噪声，就需要对实验室环境进行研究。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，对制冷效果必然会产生。

其一，半导体材料的优质系数不能够根据需要得到进一 步的提升，这就必然会对半导体制冷技术的应用造成影响。

其二，对冷端散热系统和热端散热系统进行优化设计，依然处于理论阶段，没有在应用中更好地发挥作用，这就导致半导体制冷技术不能够根据应用需要予以提升。

其三，半导体制冷技术对于其他领域以及相关领域的应用存在局限性，所以，半导体制冷技术使用很少，对于半导体制冷技术的研究没有从应用的角度出发，就难以在技术上扩展。

其四，市场经济环境中，科学技术的发展，半导体制冷技术要获得发展，需要考虑多方面的问题。重视半导体制冷技术的应用，还要考虑各种影响因素，使得该技术更好地发挥作用。

适用了20余年的摩尔定律近年逐渐有了失灵的迹象。从芯片的制造来看，7nm就是硅材料芯片的物理极限。不过据外媒报道，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，采用碳纳米管复合材料将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。那么，为何说7nm就是硅材料芯片的物理极限。

　芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示，比如Intel最新的六代酷睿系列CPU就采用Intel自家的14nm制造工艺。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管，这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成，电流从源极流入漏极，栅极则起到控制电流通断的作用。

而所谓的XX nm其实指的是，CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度，也被称为栅长。

栅长越短，则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管——Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时，晶体管所占得面积将减小一半；在芯片晶体管集成度相当的情况下，使用更先进的制造工艺，芯片的面积和功耗就越小，成本也越低。

栅长可以分为光刻栅长和实际栅长，光刻栅长则是由光刻技术所决定的。 由于在光刻中光存在衍射现象以及芯片制造中还要经历离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理等步骤，因此会导致光刻栅长和实际栅长不一致的情况。另外，同样的制程工艺下，实际栅长也会不一样，比如虽然三星也推出了14nm制程工艺的芯片，但其芯片的实际栅长和Intel的14nm制程芯片的实际栅长依然有一定差距。

12月10日，吉利控股旗下汽车芯片设计企业——芯擎科技召开发布会，正式发布了由其自研设计的国内首款车规级7nm智能座舱芯片“龙鹰一号”。

吉利布局自研车规级芯片

汽车的“电动化、智能化、网联化和共享化”趋势正在深刻改变着汽车的产品形态和技术架构、制造过程和服务方式、产业链和价值链、消费和使用模式，使汽车从“功能”时代走向“智能”时代。而在这一过程当中，对于以半导体为核心的电子零部件需求也是在高速增长。

根据赛迪智库的一份数据显示，2005年汽车电子成本占比仅有20%，而现在汽车电子成本已经提高到了50%以上。汽车的“新四化”，将带动汽车主控芯片、ADAS/自动驾驶芯片、射频芯片、功率器件、传感器等汽车半导体芯片需求的快速增长。

最新的数据也显示，目前纯电动轿车的电子零部件成本占比已经超过了60%。

数据也显示，2017年全球汽车电子市场规模达到了1435.4亿美元，同比增长9.5%，预计未来5年将保持8.2%的年平均复合增长率。随着汽车电子市场的增长，2017年全球汽车半导体市场的规模也已超过了360亿美元。近年来都保持在9%左右的增长速度。

可以说，对于智能汽车产业来说，掌握核心的汽车芯片，才能够在未来的技术竞争中与对手拉开差距。车规级芯片的自主研发成为了推动汽车产业转型升级的重要环节之一，也是关系到国家产业安全的重大战略项目。

但是，在目前的汽车半导体芯片市场，主要被恩智浦、英飞凌、瑞萨、德州仪器、意法半导体、博世、安森美、罗姆半导体、ADI、东芝等国外厂商所占据，中国厂商在汽车半导芯片领域仍非常薄弱。

在此背景之下，作为国产汽车行业的龙头厂商，吉利控股集团子公司亿咖通科技与知名半导体IP厂商Arm中国及众多知名投资机构于2018年联合成立了芯擎科技，专注于实现高性能车规级芯片和模组的研发、制造和销售。

△芯擎科技成立初期的股权架构

△芯擎科技最新股权架构

值得一提的是，作为吉利控股子公司，亿咖通科技成立于2016年5月，专注于汽车智能化与网联化，主要为吉利汽车提供数字座舱电子产品、主动安全电子产品、无人驾驶传感器与控制器，以及车联网云平台和大数据平台的运营服务。

在2019年，亿咖通科技还携手联发科推出了号称是国内汽车网联化自主定义量产产品中第一颗64位运算能力的系统级芯片ECARX E01，结合亿咖通的GKUI 19系统，由吉利博越PRO首发。

而随着旗下芯擎科技车规级智能座舱芯片的量产，未来吉利的智能汽车势必将大面积采用芯擎科技车规级芯片。

龙鹰一号正式发布：300余位工程师，历时两年多时间打造

据芯擎科技介绍，此次芯擎科技发布的7nm制程车规级高算力多核异构智能座舱芯片——“龙鹰一号”是一次性成功流片，它由300余位工程师，历时两年多时间开发完成。这颗芯片在回片抵达芯擎科技上海实验室后，在半小时内被顺利点亮，24小时全速打通，48小时多核 *** 作系统实现稳健运行。经团队实测，目前芯片的所有参数均达到设计标准，创造了国内团队在7纳米制程上车规级超大规模SoC首次流片即成功的纪录。

具体参数方面，龙鹰一号采用7nm制程工艺，集成了87层电路，拥有88颗亿晶体管，配备了8核CPU（整数计算力可达90K），其中大核是Cortex-A76，14核GPU（浮点计算能力可达900G），集成了可编程的NPU内核，INT8算力可达8TOPS。此外，还拥有强大的VPU、ISP、DPU、DSP 集群，以及与之匹配的高带宽低延迟 LPDDR5 内存通道，为智能座舱的应用提供全方位的算力支持。芯擎科技表示，其实测性能赶超国际同类产品。

“龙鹰一号”可充分满足中国市场以及本地车企用户的需求，芯片内置有符合国密算法的信息安全引擎，为这颗智能座舱芯片的信息安全保驾护航。此外，在可靠性方面内置符合 ASIL-D 标准的安全岛设计，并达到 AEC-Q100 Grade 3 级别。

预计“龙鹰一号”将于明年量产，并按计划搭载上车，实现国产芯片在汽车高端智能座舱领域的首次突破。

此外，亿咖通科技与芯擎科技还将推出基于“龙鹰一号”芯片的ECARX Automotive Service Core 通用 *** 作系统级软件框架（简称“EAS Core”），具备端云一体的服务能力与可扩展架构，可提供超过 4000 个 API 接口与完整的、满足车规级安全性需要的开发套件及工具，并为开发者打造全生命周期服务体系。

融合“龙鹰一号”算力，以及集合底层 *** 作系统级核心软件框架 EAS Core，亿咖通科技打造出的高端数字座舱解决方案将助力合作伙伴与车企高效开发定制化的智能座舱功能或产品，降低开发成本与周期、确保安全性与可靠性并加速量产实现。

据悉，这套解决方案开发的新一代智能座舱产品，预计将于 2023 年实现量产装车。

亿咖通科技董事长兼 CEO、芯擎科技董事长沈子瑜现场表示：" 亿咖通科技与芯擎科技致力于为汽车智能化产业带来突破性的软件与硬件解决方案。以 EAS Core、龙鹰一号为核心的高端数字座舱解决方案不仅为生态伙伴及车企快速开发具竞争优势的智能座舱功能与产品打下坚实的基础，也为高端数字座舱行业生态开辟了新的可能。"

图片来源：吉利汽车

值得关注的是，按照规划，芯擎科技还将会在2024到2025年陆续推出5nm的车载一体化超算平台芯片，以及高算力自动驾驶芯片，算力达到256TOPS，满足L3智能驾驶的需求。同时，通过多芯组合，算力可拓展，可满足更高级别自动驾驶的算力需求。

编辑：芯智讯-林子

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