2nm，2納米，相當于2乘10負9次方米。

2nm芯片是指光刻機每次曝光時留下介質層的間距，不是指整個芯片大小只有2nm。例如如果用7nm的光刻機，要實現(xiàn)2nm的芯片，需要最少曝光4次。

摩爾定律：是指當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。

盡管這種趨勢已經(jīng)持續(xù)了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為只是觀測或推測，而不是一個物理或自然的法則。預計到2020年（今年）之后，隨著光刻機技術的提高，摩爾定律將被顛覆，也許6-8個月或者更短4-6個月，芯片可容納的元器件的數(shù)目就會翻一倍。

從理論上說，可以做到1nm的芯片或者更小，但是成本會成倍增加。例如如果用7nm的光刻機實現(xiàn)1nm的芯片至少要曝光7次，而芯片的成本主要取決于曝光次數(shù)。所以2nm的芯片是成本和技術比較合理的一個匹配關系，但不是技術的瓶頸或極限。

“芯片技術的下一次革命，這是上帝派發(fā)給中國人的任務�！边@是我在大學里遇見的一位老師的原話。接下來我就問：突破摩爾定律的路線是什么？他的回答是有兩條：一 是繼續(xù)沿著摩爾定律往下走，雖然艱難，但摩爾定律的天花板人類尚未觸及；二是從芯片材料上進行突破，或從硅基芯片向碳基芯片過渡，甚至未來不排除使用量子材料和量子技術；三是從理論上徹底突破半導體理論。

關于摩爾定律

摩爾定律并非物理學意義上的定律，它是一種經(jīng)驗性的定律，指的是積體電路中可容納的電晶體數(shù)目，約 18 個月增加一倍，而這個定律主導科技產(chǎn)業(yè)數(shù)十年。

從摩爾定律早期來看，這一定律極大地促進了芯片半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人類通過科學家們的聰明才智，不斷接近摩爾定律所設定的“天花板”。然而，當芯片專家一次次將芯片半導體的設計制造水平推進到觸及“天花板”——摩爾定律的極限時，卻從未有人直接觸及到這個“天花板”。喝了多少年的摩爾定律失效，以及近年來人們所認定的7nm技術即為摩爾定律的“天花板”，然而，中國華為剛剛推出華為Mate40手機使用的麒麟9000芯片，已經(jīng)使用了5nm技術，而著名的芯片制造代工廠臺積電，則基本上已經(jīng)突破3nm\2nm的芯片制程工藝。當然，人們仍然不知道2nm是否就是摩爾定律的“天花板”。

芯片制造所謂的7nm、5nm是什么意思？

nm指的是制造CPU或GPU的制程，或指晶體管門電路的尺寸，單位為納米（nm)。越小的nm表示更先進的制造工藝，更先進的制造工藝可以使CPU與GPU內部集成更多的晶體管，使處理器具有更多的功能以及更高的性能；更先進的制造工藝會減少處理器的散熱設計功耗（TDP)，從而解決處理器頻率提升的障礙。

簡單來說，芯片單位面積能夠容納的晶體管的數(shù)量越多，表明這種工藝越先進。并且可以帶來更強的性能以及更低的功耗。

通常意義上，人們認為7nm已經(jīng)達到了摩爾定律的極限，事實上，現(xiàn)在所謂的7nm\5nm也并未達到晶體管容量大幅度同比例升級的程度，屬于降級芯片。

芯片技術能否突破摩爾定律？

據(jù)說，現(xiàn)在芯片制造是一個平面的產(chǎn)物，就相當于過去人們在有限的土地上蓋平房，于是有人開始研究樓房建造技術，之于芯片，雖然在平面上不能再進行擴展了，但完全可以通過堆疊技術，讓芯片變得更立體。

當然，還有一種新說法，如果石墨烯電池技術能夠取得突破，充一次電可以用一周的時間，人們就不會受限于芯片的能耗，便只需要考慮芯片的功能，而不在意芯片的耗電性。

總之，我覺得芯片制造技術一定能夠突破摩爾定律，未來的發(fā)展有可能不再遵循摩爾定律。

感謝您的閱讀！

【芯片技術已經(jīng)突破2nm，“自然法則”摩爾定律怎么可能失效了呢？】

摩爾定律是什么？如果了解了這個內容，對于我們了解摩爾定律是非常有必要的，也對于了解到底摩爾定律是不是“自然法則”有很重要的理解。

摩爾定律非自然法則，我們需要知道的是，摩爾定律是——

當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

但是，我們原以為它是自然法則，實際上它是一種價格規(guī)律，并非是自然法則。甚至于它是某個階段的價格規(guī)律，并非是一塵不變的，不可改變的法則。可是，就算法則，依然可能被打破，比如牛頓的力學和愛因斯坦的相對論，實際上就是一種打破和被打破的關系。

我們以臺積電為例，臺積電目前已經(jīng)在進行5nm工藝制程生產(chǎn)，并且臺積電方面表示，已經(jīng)開啟2nm工藝研發(fā)，預計4年后也就是2024年問世，并且3nm將在2021年市場，2020年量產(chǎn)，0.1nm在預計在2050年投產(chǎn)。

其實，摩爾定律用臺積電研發(fā)負責人、技術研究副總經(jīng)理黃漢森的話：毋庸置疑，摩爾定律依然有效且狀況良好，它沒有消失、沒有減緩、也沒有帶病。

但是，我們也需要時代的變化，比如我們長期所說的工藝水平的XXnm說法并不準確，晶體管柵極的影響也不僅僅是工藝制程這一塊了，它更多的是多種內容相關了。

失效的并不是摩爾定律，（摩爾定律非不可改變法則），而進步的技術會讓某些時刻被證實的理論有錯誤。

謝謝您的問題。芯片發(fā)展到2nm，摩爾定律會以新的形式存在。

技術方面的摩爾定律。這里面有物理定律的發(fā)揮作用，講的是摩爾定律大致體現(xiàn)了集成電路容納的晶體管數(shù)目，18個月約增加1倍。由于臺積電在2nm之后會怎么走，沒有確切消息。部分人認為2nm是物理極限，標志著摩爾定律的消失。不過這種假設都是立足于同等材料硅晶體，如果今后換做石墨烯、硅烯等新材料，摩爾定律可能又會回到新起點，重新奏效。

成本方面的摩爾定律。大致是說，每18個月芯片的運算性能提升一倍，成本或者價格會降低一半。這個角度的摩爾定律是必然的，芯片技術進步與普及，需要廉價，這是其生存的根本條件。萬物互聯(lián)，芯片會搭載于眾多終端，芯片價格會不會像雷軍說的像沙子一樣？

摩爾定律關鍵要看性能。芯片所搭載的終端性能有用，是摩爾定律延續(xù)的根本原因。目前手機性能過剩，就會有新的技術和應用出現(xiàn)，帶動用戶購買，倒逼芯片進步。隨著人工智能等技術嵌入芯片，摩爾定律的內涵可能會發(fā)生變化。反正，如果芯片技術停滯，摩爾定律關于技術與成本的考慮，就缺乏參考價值。

歡迎關注，批評指正。

    芯片發(fā)展到2nm，摩爾定律失效，芯片工藝停滯不前，那么我國有足夠的時間追趕西方先進技術，甚至實現(xiàn)彎道超車嗎？下文具體說一說。

    科普：制程工藝

    首先，我們要了解什么是制程工藝，所謂的7nm、5nm指的是什么，比拇指還小的芯片集成了上百億的晶體管，這些晶體管長什么樣子。單個晶體管的結構如下圖所示▼。

    眾所周知，在計算機世界里，只有0和1，在晶體管的結構中，電流從Source（源極）流向Drain（漏極），而Gate（柵極）相當于閘門，控制電流從源極流向漏極，通電表示1，斷電表示0。柵極的寬度決定了電流通過時的損耗，表現(xiàn)出來就是手機常見的發(fā)熱和功耗，這個柵極的寬度，也叫刪長，就是我們常說的xx nm工藝的數(shù)值。

    半導體的工藝極限

    摩爾定律：集成電路上可容納的晶體管數(shù)據(jù)，每隔兩年都會增加一倍。雖然摩爾定律持續(xù)到了2020年，不過，自從2013年開始，CPU制程已經(jīng)放慢了技術更新的腳步，之后的時間里，晶體管數(shù)量密度每三年增加一倍。

    硅基半導體發(fā)展的60年中，10nm、7nm、5nm、3nm，甚至是2nm都被當做硅基工藝的極限，現(xiàn)在看來一步一步都被突破了。臺積電的研發(fā)負責人說“半導體的工藝極限可能是0.1mm，也就是氫原子的尺度，要到2050年才能實現(xiàn)”。

    1nm之后的工藝可能是硅基半導體的終結，再往下就要換材料了，比如納米管、碳納米管等，早在2017年，IBM的科研團隊在實驗室環(huán)境中就造出了1nm晶體管，采用了碳納米材料。

    目前，我國最先進的光刻機是上海微電子的90nm光刻機，與荷蘭的ASML的最先進的7nm EUV光刻機有至少15年的差距。我國大陸的晶圓代工廠中芯國際，高端光刻機仍然來自于荷蘭ASML，在代工芯片是受到了諸多限制，不能代工軍用芯片、不能代工國產(chǎn)自主可控芯片等等。因此，只有實現(xiàn)了光刻機技術的突破，才能避免被“卡脖子”。

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【“摩爾定律”并不會失效，會繼續(xù)保持，傳統(tǒng)的半導體材料已經(jīng)無法突破芯片的技術屏障，光芯片才是未來發(fā)展發(fā)向】

1納米相當于一根頭發(fā)絲直徑的六萬分之一大小，一顆芯片上至少有上百億個晶體管，且一般來說晶體管的數(shù)量越多，性能就越強。

為了在讓芯片擁有更強大的處理性能，在單核不能滿足使用的情況下，多核心技術被廣泛應用。核心數(shù)量增加會帶來更大的功耗，體積也會相應增加。這個時候只能通過將晶體管做的越來越小，同體積下的芯片就能存放更多的晶體管了，做更多的運算了。

但隨著工藝技術的升級，目前ASML的芯片納米技術已經(jīng)突破到3nm，2nm技術也在研發(fā)。在技術達到一定瓶頸的時候，想要再突破0.01都要付出比之前上百倍的成本代價，這樣必然會打破之前的生態(tài)平衡。增加成本，實用性就變得不強。畢竟誰也不會花幾倍的價錢只為了升級相差不大的性能。

光芯片

在面臨這種困難的時候，人類推出了一個新的芯片概念，或將繼續(xù)推動摩爾定律的前進，那就是光芯片，并且由Intel公司與美國加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）的研究人員成功研發(fā)出了世界上首個采用標準硅工藝制造的電力混合硅激光器。這意味著高帶寬、高效率的硅光子學設備的障礙取得突破。光芯片相當于普通的芯片傳輸速度更高，也就意味著每秒計算的次數(shù)會更快。甚至是成幾何倍數(shù)的增長，或許在未來的不就，Intel就不用再“擠牙膏”了。

光量子芯片【原理復雜，可以自行查一下相關資料】

我國在光量子芯片的研究領域中，已經(jīng)領先在全球之上，

由上海交大金賢敏團隊通過飛秒激光直寫技術制備了節(jié)點數(shù)多達49×49的三維光量子計算芯片。這種世界最大規(guī)模的光量子計算芯片，使得真正空間二維自由演化的量子行走得以在實驗中首次實現(xiàn)，并將促進未來更多以量子行走為內核的量子算法的實現(xiàn)。

這也代表著未來我們被美國芯片卡脖子的時候就要結束了。

最后說一下

在納米工藝達到瓶頸，也就是說開發(fā)成本超過了使用成本的時候，光芯片和量子芯片就成了未來發(fā)展的重要方向，并且在運算性能上也會有一個質的提升。

一、芯片的構成，工藝代表著什么

眾所周知，大家知道芯片是由晶體管構成的，晶體管的大小是不變的。而晶體管由源極、漏極和位于他們之間的柵極所組成，如果嚴格的來講，制程工藝就是指源極到漏極的寬度，也就是柵極的寬度。

所以芯片工藝越小，這個柵級越小，對工藝技術的要求也就越高。

但是，大家也清楚，硅基芯片中的晶體管，最終還是由硅原子組成的，最小的晶體管也至少要比硅原子大吧，目前已知硅原子的直徑大約是0.22nm，再考慮到原子之間的距離，理論極限至少是0.5nm。

所以說芯片工藝的極限應該在0.5-1nm之間，再小是不太可能的了，畢竟晶體管大小是擺在這里的。

二、發(fā)展到極限之后，該怎么突破？

上面已經(jīng)講過了，芯片的極限可能在1nm左右。但達到了這個極限之后又該怎么發(fā)展呢？

目前已知有兩種技術，一種是光電子和微電子結合，或者光電子芯片，還是基于硅來制造的芯片。另一種是碳基芯片，基于碳來制造的芯片。

由于材質的不同，所以芯片的原理，工藝都有可能會改變，就不會遵行這個所謂的極限了，可能追求的又是另外的技術了。

從經(jīng)濟學角度來看，摩爾定律只要有錢燒肯定就不會失效，從科技角度來看，科技是推動社會發(fā)展的第一生產(chǎn)力，只會不斷的向前發(fā)展，所以摩爾定律不會失效，肯定還會有新技術等待突破。

芯片制程工藝從90nm到現(xiàn)在的7nm可以說一直是遵循著摩爾定律，而在這之前，就連當時提出提出了摩爾定律的戈登·摩爾本人，都認為摩爾定律將在2020年左右失效。但現(xiàn)狀是臺積電已經(jīng)著手準備生產(chǎn)5nm的芯片了。

這里有一個簡單的物理定律就是，當芯片再想成倍縮小時，芯片上的設計元素就和10個獨立原子差不多大，電子會變得非常不穩(wěn)定，或許可以將芯片做到0.1nm，但是能不能正常工就很難說了。

所以，如果想把芯片做的更小的話，唯一的突破點就是材料。工藝制程突破物理極限之后，再想尋求新的制造技術就不能單純的從晶體管上做文章了，畢竟已經(jīng)小到了2nm。在這樣的情況下，只能從材料上入手，通過改變材料從而改變特點，進而再有所突破，而在2nm之后，可能會開始運用其他新材料，如石墨烯，硅烯等黑科技材料。

即使芯片硅工藝將走到盡頭，未來仍可能有多種替代方案來接替硅的位置，并使摩爾定律繼續(xù)延續(xù)下去，但就現(xiàn)在而言，究竟哪種材料會首先接替硅的位置，暫時還有待考證。

要回答這個問題，首先得搞清楚，什么是摩爾定律。

摩爾定律的大意是：在價格不變的情況下，集成電路上容納的元器件數(shù)量，在18～24個月增加一倍，性能也提升一倍。換句話說，就是每一美元所能買到的電腦性能，在18～24個月翻一倍或一倍以上。

但實際情況是，在2013年的時候，這個摩爾定律就已經(jīng)失效了，因為在那一年不僅電腦價格，連同芯片更新速度都變慢了。

目前，芯片最新技術是3nm，理論上說，傳統(tǒng)硅材料半導體再深挖單位面積上可以容納的電子元件，已來到天花板，空間不大。

所以，未來再有突破，必須翻越眼前天花板，從材料到制造環(huán)節(jié)全面突破，否則，不可能成倍提升單位面積容納電子元件的數(shù)量。

從7納米到5納米，再向2納米，甚至更細微的工藝，難度就越大，還可能遇到瓶頸。每向瓶頸一點點研發(fā)的難度可能成倍百倍萬倍的增加，研發(fā)的成本更是不可想象。如果可以有更加創(chuàng)新的想法，說不定突破瓶頸也不是不可能。比如開發(fā)石墨烯芯片，量子芯片，等等。需要所有科學家共同想辦法，彎道超車，突破瓶頸。目前最新工藝是5納米。能否突破2納米用于商用還真不好講。我估計納米這個數(shù)量級1-2納米應該已經(jīng)是到工藝極限了。想要突破1-2納米這個極限可能就難了。