導讀

半導體技術工藝節點是衡量芯片晶體管和其他組件尺寸的標準。這些年來，節點的數量一直在穩步增加，導致計算能力也相應增加。一般來說，工藝節點越小，特征尺寸越小，晶體管越小，速度越快，越節能。

Markus Vomfelde

Director

半導體行業正在經歷數字、模擬、工具、制造技術和材料方面的巨大進步。芯片開發在從設計到生產的各個層面都需要高度精密和復雜的過程。推進這一過程需要從建筑設計到可持續材料和端到端制造的重大變革，以滿足對半導體不斷增長的需求。為實現這一目標，業界正在采用最新技術來提高高度先進工藝節點的效率和產量。

半導體，物聯網和數字化轉型的支柱

我們正在見證物聯網（IoT）、智能設備和最近的5G領域的重大進步。要了解這些創新將引領我們走向何方，以及我們應該對它們有何期待，我們需要對使這一新的創新浪潮成為可能的基礎技術有一個基本的了解。隨著半導體技術驅動的物聯網（IoT）和5G的發展，人工智能的演進將比以往任何時候都更快。在過去的30年里，半導體技術的發展一直是計算能力增長的原動力。據說半導體約占計算硬件成本的 50%。基于半導體技術，人工智能計算設備與社會的融合將更加無縫和無孔不入。一個例子是自動駕駛汽車，它使用無處不在的移動邊緣計算和復雜的算法來處理和分析駕駛數據。基于5G通信基礎設施，人工智能（AI）和機器學習使用計算機視覺了解周圍場景，然后規劃和執行安全駕駛操作。這使出行更安全、更智能、更高效。物聯網設備幾乎可以將任何產品變成智能設備，從供水系統到服裝。零售、醫療保健、生命科學、消費品和工業物聯網都有很高的需求。

未來的創新還將使個性化芯片更容易獲得，并使芯片生產更有效，最重要的是，更具可持續性。隨著互聯設備越來越普遍，物聯網（IoT）對半導體行業非常重要。隨著智能手機行業停滯不前，半導體行業必須尋找其他具有增長潛力的途徑。盡管面臨挑戰，物聯網仍然是該行業最合乎邏輯的選擇。沒有傳感器和集成電路，物聯網應用就無法運行，因此所有物聯網設備都需要半導體。多年來推動半導體行業增長的智能手機市場已經開始趨于平穩。物聯網市場可以為半導體制造商帶來新的收入，并在可預見的未來保持半導體行業以3%至4%復合年增長率的增長。

半導體的大趨勢和未來機遇

半導體技術工藝節點是衡量芯片晶體管和其他組件尺寸的指標。這些年來節點的數量一直在穩步增加，導致計算能力相應增加。節點通常意味著不同的電路世代和架構。一般來說，更小的技術節點意味著更小的特征尺寸，這會產生更小、更快、更節能的晶體管。這種趨勢使我們能夠開發更強大的計算機和更小尺寸的設備。工藝節點和CMOS晶體管性能之間存在關系。頻率、功率和物理尺寸都受工藝節點選擇的影響。這就是了解半導體工藝如何隨時間演變的重要性的原因。半導體技術節點的歷史可以追溯到20世紀70年代，當時英特爾發布了第一款微處理器4004。從那時起，由于半導體技術節點尺寸的進步，我們看到計算能力呈指數級增長。這使我們能夠創造出更小、功能更強大的設備，例如智能手機、平板電腦和可穿戴設備。Apple A15 Bionic是當今大多數Apple最新產品的核心，采用7納米節點技術的近40億個工作晶體管。

工藝節點在半導體技術中的作用

半導體節點是決定微控制器性能的關鍵因素。隨著技術的進步，每個微控制器中的節點數量不斷增加。這一趨勢在過去幾年中已經觀察到，預計今后將繼續下去。技術節點（也稱為工藝節點、工藝技術或簡稱為節點）是指特定的半導體制造工藝及其設計規則。不同的節點通常意味著不同的電路世代和架構。一般來說，工藝節點越小，特征尺寸越小，晶體管越小，速度越快，越節能。歷史上，工藝節點名稱指的是晶體管的許多不同特性，包括柵極長度和M1半節距。最近，由于各種營銷活動和代工廠之間的分歧，這個數字本身已經失去了它曾經擁有的確切含義。較新的技術節點，如22納米、16納米、14納米和10納米，僅指采用特定技術制造的特定世代芯片。它不對應于柵極長度或半間距。盡管如此，命名約定還是得到了尊重，這就是主要代工廠對節點的稱呼。

早期的半導體工藝有任意的名稱，例如，HMOS III，CHMOS V。后來，每個新一代工藝都被稱為技術節點或工藝節點，以工藝晶體管的納米（或歷史上的1微米）工藝的最小特征尺寸來表示柵極長度，例如“90納米工藝”。然而，自1994年以來，情況發生了變化，用于命名工藝節點的納米數已成為一個營銷術語，與實際特征尺寸或晶體管密度（每平方毫米的晶體管數量）無關。

技術節點流程的演變

本質上，技術節點是對應于晶體管的物理特征尺寸。最初，每個微控制器都是由晶體管組成的，晶體管基本上是控制電流流動的開關，允許微控制器執行其邏輯功能。諸如28納米或65納米的技術節點指的是可以繪制在布局上的最小數據圖形特征（半個間距或柵極長度）。然而，技術節點的命名沒有標準化。諸如28 nm或65 nm之類的節點名稱實際上來自傳統平面MOSFET配置中所示的晶體管的最小柵極長度。一般來說，技術節點給出了晶體管在每平方毫米基板上的密集程度。從22納米技術開始，該技術已經轉向鰭式場效應晶體管（FinFET），其中FinFET后面的架構是三維配置，并且柵極長度的術語不再適合描述工藝技術。如今，隨著技術從平面結構轉向FinFET或全柵極FET（GAA FET），10和5納米等技術節點不再對應于任何柵極長度或半間距距離。

瑞薩電子在開發支持下一代物聯網設備的新工藝技術方面發揮著至關重要的作用。隨著物聯網（IoT）變得越來越重要，設備設計人員現在正在尋找使他們的設備更小、更快和更節能的方法。為了滿足這些需求，瑞薩開發了一種新的工藝技術，使物聯網設備的體積比以前小得多，同時功耗更低。40納米工藝針對基于閃存的微控制器的最低功耗和最高性能進行了優化，而110納米工藝針對寬電壓范圍和最低功耗操作進行了優化。結果是瑞薩電子的RL78、RA和RX微控制器比以往任何時候都執行得更快，功耗比以往任何時候都低，同時仍保留其所有功能和特性

瑞薩一直是工業和消費電子產品半導體解決方案的領先提供商，并以其在開發新技術以支持物聯網（IoT）和最近的AIOT（人工物聯網）方面的先進工藝而聞名。這方面的一個例子是我們專注于開發110納米領域的內部低功耗工藝技術，即MF4。它允許瑞薩開發適用于廣泛終端的超低功耗設備。隨著我們邁向一個從汽車到家電的一切都與互聯網相連的世界，對這種低功耗設備的需求變得越來越重要，而且隨著越來越多的設備聯網，對能源消耗的需求也在增加。為了解決這一問題，瑞薩開發了一種新的電源管理系統，可降低高達30%的能耗。這個新系統允許他們制造比以前更小的芯片，需要更少的能量。

瑞薩豐富的微控制器和SoC產品線提供廣泛的數字和模擬功能，包括各種物聯網應用所需的寬性能范圍和低功耗或能量收集能力。為了從頭到尾支持您的設計，瑞薩還提供合作伙伴平臺、軟件和開發工具。瑞薩電子的IC和模塊使您能夠精確地感知、理解和發送來自傳感器的智能數據到云端。我們誠邀您利用我們先進的半導體技術，滿足您的功耗、性能和安全要求，并幫助您在創紀錄的時間內提供下一代設計。

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科技讓生活更輕松，致力于打造更安全、更智能、可持續發展的未來。作為全球微控制器供應商，瑞薩電子融合了在嵌入式處理、模擬、電源及連接方面的專業知識，提供完整的半導體解決方案。成功產品組合加速汽車、工業、基礎設施及物聯網應用上市，賦能數十億聯網智能設備改善人們的工作和生活方式。更多信息，敬請訪問renesas.com