华为公布逻辑折叠芯片技术,剑指1.4纳米节点,2031年挑战台积电

华为在上海半导体研讨会上宣布,计划在2031年通过自研“逻辑折叠”技术实现等效1.4纳米制程的晶体管密度。该技术通过堆叠两颗芯片增加密度,无需先进EUV光刻机。结合SAQP等工艺,华为意图在2030年代中期追赶上台积电同代节点,但散热等工程挑战尚未明朗。

华为在上海举行的半导体研讨会上宣布,其研发的“逻辑折叠”(Logic Folding)芯片技术有望在2031年实现等效于1.4纳米制程的晶体管密度,届时将具备与台积电同代节点竞争的能力。华为半导体负责人何庭波在会上表示,这一技术路径将使中国半导体制造在不依赖极紫外(EUV)光刻机的情况下,大幅缩小与行业领先者的差距。

技术背景:中芯国际的制程现状

目前,中国大陆领先的半导体代工厂中芯国际(SMIC)在制程节点上落后台积电、三星代工和英特尔数个世代。尽管这一差距在短期内难以弥合,但华为的路线图意图在2030年代中期让其技术生态具备与西方同业同台竞技的实力。据Notebookcheck报道,华为计划在2031年直接对标台积电的1.4纳米节点,虽然届时可能仍落后一代左右,但足以支撑中国科技产业链的自主运转。

华为逻辑折叠技术与台积电节点对比示意图
华为计划在2031年通过逻辑折叠实现等效1.4纳米制程的晶体管密度

逻辑折叠技术解析

提升晶体管密度的新路径

华为将此技术称为“逻辑折叠”(Logic Folding),它本质上是对现有3D堆叠技术的改进。具体做法是将两颗芯片垂直堆叠在一起,从而在不减小光刻图案尺寸的前提下提升单位面积的晶体管密度。这一思路绕过了对极小线宽光刻的需求,而后者正是EUV工具的用武之地——目前中国尚无法获得先进的EUV光刻机。

与传统的3D NAND或封装级堆叠不同,逻辑折叠希望在逻辑芯片的制造层面实现单片集成,从而带来更高的互联密度和更短的信号延迟。华为称,下一代麒麟(Kirin)2026芯片将成为首款采用逻辑折叠技术的商用产品,不过该芯片的等效制程节点尚未明确,但逻辑折叠会先在较成熟节点上验证,再逐步推向更先进节点。

中国EUV进展与SAQP协同

为了最终达到1.4纳米节点所需的物理分辨率,中国也在推进自有EUV光刻机的研发。据称,在前ASML工程师的协助下,中国大陆已经组装出一台可部分运作的EUV原型机,但目前尚未具备生产能力。华为在内的各方期望该设备能在2031年左右达到实用化。与此同时,华为自身也在通过自对准四重图案化(SAQP)等技术攻克2纳米节点的设计屏障。SAQP是一种多重图案化技术,可以在没有EUV的情况下实现接近7纳米乃至5纳米的线宽,华为和中芯国际正在结合SAQP与逻辑折叠,试图在传统光刻条件下突破5纳米壁垒,进而实现更致密的硅片。

何庭波指出,逻辑折叠与国产EUV进展将形成互补:前者通过堆叠增加密度,后者通过缩小线宽进一步缩放尺寸。两条路线并用,有望使中国半导体制造在2031年达到相当于台积电1.4纳米节点的等效密度。不过,要达到台积电同代的晶体管性能和功耗指标,仍需要解决工程实现中的诸多具体问题。

散热挑战与未解难题

逻辑折叠最直接的物理障碍是散热。将两颗芯片垂直堆叠后,热流密度显著增加,而传统散热设计难以有效将中间层热量导出。华为在此次研讨会上并未专门讨论散热解决方案,这也成为外界关注的主要疑问。如果不解决热管理问题,即使能够制造出更高密度的芯片,其工作频率和可靠性也可能受到限制。

此外,堆叠带来的测试、良率和电源分配等挑战也需逐一克服。目前距离2031年还有五年时间,华为可以利用这段时间优化工艺效率,并逐步从早期的逻辑折叠产品(如麒麟2026)中积累经验。以华为近年来的演进速度来看,上述时间窗口或许足够支撑其解决主要技术短板。

华为的官方表态显示,其对逻辑折叠的定位并非替代传统制程微缩,而是作为一种增量技术,在光刻条件受限的情况下延续摩尔定律。即便2031年无法在绝对晶体管尺寸上与台积电看齐,但在等效密度上接近,足以维持中国海思等设计公司对高性能芯片的竞争力。

目前该技术仍处于早期研发阶段,实际量产时间、良率和具体性能指标尚未公开。随着国产EUV工具的逐步成熟以及SAQP等工艺的导入,华为期望在2030年代中期以前形成一套不依赖海外设备的芯片制造能力,从而在半导体供应链重构中占据一席之地。

(本文基于Notebookcheck、Bloomberg等外电报道编译整理,客观呈现公开声明,不构成对未来效果的承诺)

本文参考来源:Notebookcheck



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