В современных микросхемах «нанометры» превратились из размера в название технологического поколения. Но настоящий прогресс никуда не исчез — он просто стал многомерным.
TSMC называет свою новую платформу N2, Samsung — SF2, а Intel использует обозначение 18A, то есть 18 ангстрем, или 1,8 нанометра. На первый взгляд кажется, что Intel должна автоматически быть впереди: 1,8 меньше 2. В действительности эти числа уже нельзя сравнивать как длину на линейке. Они не обозначают ни ширину транзистора, ни длину затвора, ни минимальную линию, которую фабрика способна напечатать.
За каждым названием скрывается целый производственный комплекс: архитектура транзисторов, плотность логических ячеек, межсоединения, подача питания, набор литографических операций, библиотеки для проектирования и выход годных кристаллов. Поэтому определить победителя по одной цифре невозможно.
Когда нанометры перестали быть нанометрами
На ранних этапах развития микроэлектроники название техпроцесса было гораздо теснее связано с определённым физическим размером — например, длиной затвора. Затем отдельные элементы микросхемы начали уменьшаться с разной скоростью, транзисторы стали трёхмерными, а производители выбрали собственные схемы обозначения поколений.
У современного транзистора нет единственного размера, который мог бы честно представить весь техпроцесс. Можно измерять шаг между затворами, шаг металлических линий, высоту стандартной ячейки, площадь блока SRAM, параметры канала и контактов. Все эти показатели различаются — иногда в несколько раз.
Показателен исследовательский вариант технологии класса 2 нм от imec: в нём указывались шаг контактированных затворов 42 нм и шаг металла 16 нм. Это не делает технологию «ненастоящей». Просто «2 нм» описывает класс интеграции и ожидаемый набор улучшений, а не одну геометрическую величину.
Правильнее читать название узла так: производитель обещает заметный прогресс относительно собственного предыдущего поколения — в производительности, энергопотреблении, плотности или их сочетании. Но даже эти параметры нельзя свести в одно число: чип можно сделать быстрее при той же мощности, экономичнее при той же частоте или плотнее, и каждый выбор потребует своих компромиссов.
Если свет имеет длину волны 13,5 нм, как он печатает «2-нм» чипы
Самая наглядная часть этой истории связана с литографией. Наиболее сложные слои современных процессоров создают EUV-системы ASML, использующие экстремальное ультрафиолетовое излучение с длиной волны 13,5 нм — почти в семь раз больше числа в названии 2-нм узла.
Противоречия здесь нет. Литографическая машина не обязана печатать линию, равную длине волны. Разрешение определяется не только ею, но и числовой апертурой оптики, маской, свойствами фоторезиста, вычислительной коррекцией рисунка и всей последующей обработкой пластины. К тому же «2 нм» не равно ширине отдельной напечатанной линии.
Серийные EUV-системы ASML семейства NXE имеют числовую апертуру 0,33 и разрешение порядка 13 нм. Установки High-NA EUV используют ту же длину волны 13,5 нм, но увеличивают апертуру до 0,55; их заявленное разрешение — около 8 нм. Это всё ещё не «2 нм» — и не должно ими быть.
Более плотный эффективный рисунок получается сочетанием оптики, вычислительной литографии, нескольких этапов формирования рисунка и химико-механической обработки. Поэтому переход к новому узлу не равен простой замене одной литографической машины на другую. High-NA EUV важна для будущих поколений, но не является автоматическим признаком нынешних N2, SF2 или 18A.
Что действительно изменилось в транзисторе
Долгое время передовые процессоры строились на FinFET-транзисторах: проводящий канал в них имеет форму вертикального кремниевого «плавника», который затвор охватывает с трёх сторон. Эта архитектура заметно улучшила управление током по сравнению с плоскими транзисторами, но при дальнейшем масштабировании стала подходить к физическим ограничениям.
Следующий этап — Gate-All-Around, или GAA. Канал формируют как несколько тонких горизонтальных лент или нанолистов, расположенных друг над другом, а затвор окружает каждый канал со всех сторон. Это улучшает электростатический контроль, помогает снижать утечки и точнее выбирать баланс между скоростью и энергопотреблением.
Именно переход к GAA, а не появление буквально двухнанометровой детали, — один из главных признаков нынешнего поколения.
Intel 18A: две большие перемены одновременно
Intel называет свою версию GAA RibbonFET. Но особенно выделяет 18A другая технология — PowerVia, то есть подача питания с обратной стороны пластины.
В традиционной микросхеме сигнальные линии и питание конкурируют за место над транзисторами. PowerVia переносит силовые соединения на обратную сторону, освобождая часть фронтальной разводки для сигналов. Это может уменьшать падение напряжения и облегчать более плотную компоновку логических ячеек.
Intel первой вывела сочетание GAA-транзисторов и обратного питания в производственный узел. Это серьёзный технологический шаг, но не автоматическая победа во всех категориях. Одновременное внедрение двух крупных изменений повышает и потенциальную выгоду, и сложность освоения: заказчикам важны также стабильность процесса, выход годных кристаллов, цена и зрелость библиотек.
Поэтому 18A — не «1,8 нм транзистор» и не готовый ответ на вопрос о лидерстве. Это амбициозная платформа с конкретным набором нововведений.
TSMC N2: переход к GAA с опорой на зрелость производства
TSMC сохраняла FinFET до поколения N3. В N2 компания впервые перешла на nanosheet — собственный вариант GAA-транзисторов. Компания сообщила о начале массового производства N2 в четвёртом квартале 2025 года.
Базовый N2 использует традиционную подачу питания с лицевой стороны. Обратное питание TSMC вводит в платформе A16 под названием Super Power Rail. Это не отказ от той же технологической идеи, что у Intel, а другая последовательность: сначала переход к GAA, затем более глубокая перестройка питания.
Сила TSMC заключается не только в устройстве транзистора. Для её заказчиков критичны масштаб производства, зрелость инструментов проектирования, библиотеки, упаковка, доступные объёмы и опыт переноса сложных проектов. Отличный транзистор без устойчивого массового производства ещё не становится отличным коммерческим узлом.
Samsung SF2: опыт GAA появился раньше
Samsung первой среди этих трёх компаний начала серийно применять GAA — ещё в 3-нм поколении. Её вариант называется MBCFET. Поэтому SF2 — не первый опыт, а следующий этап развития этой архитектуры.
Ранний переход дал Samsung важную практику с GAA, но сам по себе не определяет итогового лидера. Для заказчика столь же важны плотность реальных проектов, характеристики библиотек, стабильность параметров, объёмы и выход годных кристаллов.
В базовом SF2 питание подводится с лицевой стороны. В варианте SF2Z Samsung планирует использовать BSPDN — сеть питания с обратной стороны пластины; массовое производство заявлено на 2027 год. Все три компании движутся к похожему набору принципов, но внедряют его в разном порядке.
Как сравнивать честнее
Фундаментальная физика у процессов общая: все они управляют током в кремниевых транзисторах и борются с утечками, сопротивлением межсоединений, паразитными ёмкостями, нагревом и статистическими отклонениями. Но реальные техпроцессы различаются формой и размерами каналов, материалами, контактами, металлизацией, правилами размещения, устройством стандартных ячеек и тысячами производственных операций.
Чтобы понять, кто впереди, нужно смотреть не на название узла, а на несколько групп показателей:
- производительность при одинаковом энергопотреблении;
- энергопотребление при одинаковой производительности;
- плотность логики и отдельно плотность SRAM;
- свойства библиотек стандартных ячеек;
- выход годных кристаллов и устойчивость массового производства;
- стоимость пластины и одного пригодного кристалла;
- доступность IP, инструментов проектирования и advanced packaging;
- результаты конкретных серийных продуктов.
Даже этот список не даёт одного абсолютного чемпиона. Один процесс может лучше подходить мобильному чипу, другой — крупному вычислительному кристаллу, третий — проекту, для которого решающим фактором стал ранний выход на рынок.
Гонка без окончательного победителя
Samsung раньше начала осваивать GAA. Intel первой объединила GAA и обратное питание в одном производственном узле. TSMC делает ставку на сочетание нового транзистора с масштабом, зрелостью процесса и большой клиентской экосистемой. Эти утверждения не противоречат друг другу.
Маркетинг начинается там, где название узла пытаются представить буквальным размером или универсальной оценкой качества. Но ошибкой было бы считать, что за новыми именами ничего не изменилось. Меняются архитектура транзисторов, разводка питания, межсоединения, материалы, методы литографии, контроль дефектов и инструменты проектирования.
Поэтому 18 ангстрем действительно меньше двух нанометров — но в этой гонке арифметика названий почти ничего не решает. Реальное лидерство проявится в серийных чипах: их быстродействии, энергопотреблении, плотности, цене и количестве пригодных кристаллов на пластине.