日本创业公司半导体制造公司Rapidus在其官网上发布了一篇以“2纳米半导体挑战：探索Rapidus的技术突破”为主题的文章，细说2纳米在现在科技社会中的必要性，以及Rapidus在该领域发展的进度及即与合作伙伴的关系。Rapidus在文章的最后中提到，凭借着深厚的技术实力和强大的联盟，Rapidus必将成为全球半导体精英领域的新兴日本力量。

Rapidus指出，半导体是当今数字社会的基础，它不断发展，以提供更快的速度和更强大的处理能力。这些进步背后的关键驱动力是电路微型化，就是不断缩小晶体管尺寸，以便在单个芯片上容纳更多晶体管。如今，半导体行业正在迈入2纳米（2nm）时代，这是迄今为止最先进的技术。

在半导体制造中，“制程节点”一词指的是制造技术的迭代耕替，通常以纳米为单位。纳米数越小，表示处理能力越强，能够搭建更窄的电路线。虽然这些数字过去直接反映晶体管的物理栅极长度，但现代结构已将节点名称与实际尺寸分离开来。如今，像2纳米这样的节点名称大致反映了迭代的进步，通常每代都会经历0.7倍的微缩趋势。节点微缩对性能、集成度、成本和功率效率有着显著的影响。更小的晶体管缩短了电子的传播距离，加快了开关速度以提升运算性能。更高的晶体管密度使每个芯片能够承载更多功能，同时增加每个芯片的芯片数量可以降低制造成本。此外，减小的栅极尺寸降低了开关所需的电荷，进而降低了功耗、这对于电池供电设备和数据中心的能源效率来说是一个关键因素。

Rapidus在文章中补充了制程的微缩进一步提升了半导体设计的各个面相，包括性能、功能、成本和功耗。正因如此，世界各地的公司竞相开发更小的制程节点，遵循摩尔定律，大约每两年就会进步一次。

Rapidus表示，1965年在后来成为英特尔联合创始人的戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了后来被称为摩尔定律(Moore's Law)的理论。他指出，每18-24个月，集成电路上的组件（例如晶体管）数量就会翻一倍。这一预测推动了数十年的快速发展，推动了电子产品性能的提升和成本的降低。然而，随着技术接近20纳米节点，传统的平面晶体管在关断时漏电流和电流流动逐渐增大，成为一个显著的问题。2010年代初推出的鳍式场效应晶体管（FinFET）通过将沟道设计成三面被栅极包围的垂直鳍片，有效地抑制了漏电流，进一步克服了这一问题。

在此同时，用于曝光的193nm ArF准分子激光器难以形成10纳米以下的图案，这导致了诸如浸没式曝光和多重图案化等过渡技术的发展，最终才采用了极紫外(EUV)曝光技术，这使得7纳米及以下的图案化成为可能。预期未来，进一步的微型化不仅将依赖于晶体管的微缩，还将依赖于后摩尔时代的3D集成、新材料、芯片以及新型晶体管架构。

Rapidus强调，2纳米半导体有望比7纳米和5纳米等早期节点带来显著提升。根据IBM 2021年关于2纳米原型芯片的数据显示，与7纳米芯片相比，2纳米芯片的性能可提高45%，功耗可降低75%。虽然FinFET能够扩展到3纳米时代，但它们也面临着在更小尺寸下漏电增加的局限性，环栅 (GAA) 晶体管应运而生。它们使用纳米片或纳米线作为沟道，完全被栅极包围，进一步改善了控制并抑制了漏电，使晶体管尺寸更小，同时仍能实现更高的性能。IBM的原型采用三层硅纳米片GAA结构，在性能和效率方面均超越了FinFET。

基于以上的情况，2纳米节点对人工智能和物联网尤为重要。人工智能工作负载需要极高的计算性能和能效，因此能够满足这些需求的半导体成为关键。2纳米芯片在提供所需处理能力的同时，还保持了高能效，是人工智能服务器和边缘设备的理想选择。对于拥有数十亿个小型且通常由电池供电的物联网设备而言，2纳米技术可以让先进的人工智能在本地运行而不会消耗大量电量。

然而，2纳米也带来了巨大的挑战。可变性和良率控制变得更加困难，而且EUV曝光系统价格极其昂贵，全球只有少数几家公司能够负担得起这种级别的生产。然而，即使面临这些挑战，2纳米仍将成为下一代数字基础设施的基石。

Rapidus进一步指出，在竞争激烈的逻辑半导体市场，台积电、三星、英特尔等全球领导者正奋力领先。而总部位于日本的Rapidus在日本八大公司的支持和日本经济产业省 (METI) 的支持下，成立于2022年，目标是在2020年代末在国内实现2纳米节点制程的量产。因此，Rapidus与IBM合作，正在推进2纳米制程制程。 2023年和2024年，超过150名工程师被派往纽约州，接受下一代制程技术培训。目前，约有80名工程师已返回千岁公司，致力于芯片原型制造流程的优化。

2025年4月，Rapidus在位于北海道千岁的创新制造集成 (IIM-1) 芯片厂启动了试验生产线，计划于当年稍后进行样品生产，并计划于2027年进行量产。Rapidus的全新IIM-1代工厂代表了对传统代工模式的重大改进，也重新构想芯片厂如何通过尖端方法和技术即时思考、学习、调整和优化制程。

此外，Rapidus也与总部位于加州的人工智能运算公司Tenstorrent合作，共同开发用于边缘应用的人工智能处理器IP。全球半导体领导者对Rapidus的2纳米技术的兴趣日益浓厚。Rapidus正在创建广泛的合作伙伴关系。除了IBM之外，其合作伙伴还包括纳米电子研发中心imec以及众多设备和材料制造商，这些制造商将与Rapidus一起在以北海道为中心的先进生态系统中占有一席之地。未来，凭借着深厚的技术实力和强大的联盟，Rapidus必将成为全球半导体精英领域的新兴日本力量。

(首图来源：官网)