主题:突破性的计算机芯片技术或有助于满足人工智能驱动的“巨大需求
信息来源:https://www.nature.com/articles/d41586-026-01050-5
一台造价约4亿美元、体积比伦敦双层巴士还要庞大的机器,刚刚在芯片制造领域创下了一项新纪录。
2026年2月,荷兰半导体设备巨头ASML在美国圣何塞举行的SPIE先进光刻与图案化会议上宣布,其新一代High-NA极紫外光刻机(EUV)已具备大批量生产能力,并在比利时独立半导体研究机构Imec的测试中,成功在硅晶圆上制造出宽度仅为8纳米的结构,这是迄今为止商用芯片图案化系统单次操作所能达到的最小尺寸。
与此同时,ASML还披露了另一项重大突破:新一代光源功率将提升至1000瓦,每秒向10万个熔融锡液滴同时发射三束激光,与现有系统相比,芯片产出效率有望在2030年提升50%。
这两项进展叠加在一起,意味着人工智能算力竞赛的底层硬件基础,正在迎来一次关键性的跃升。
一块镜子,撑起了整个芯片工业的天花板
要理解这台机器为什么重要,需要先理解极紫外光刻技术的物理本质。
芯片的制造过程,本质上是一场极限尺度的"光绘"。光的波长越短,能在晶圆上刻出的结构就越精细,单位面积内能塞进的晶体管就越多,芯片的计算能力就越强,能耗就越低。20世纪90年代到21世纪初,光刻机使用波长193纳米的深紫外光;ASML的极紫外光刻机使用波长仅13.5纳米的极紫外光,理论分辨率提升了超过十倍。
但极紫外光有一个要命的特性:几乎会被所有物质吸收,包括空气、玻璃,甚至镜子本身。它无法像普通光线那样用透镜聚焦,只能依靠精度达到纳米级的反射镜来控制方向。ASML的光刻机内部,核心光学元件由德国蔡司公司制造,由数十层硅和钼交替叠加的薄膜构成,表面粗糙度不得超过几个原子的直径,任何细微瑕疵都会直接影响成像质量。
新一代High-NA系统的数值孔径从上一代的0.33提升至0.55,部分反射镜直径超过一米,比上一代更大,形状也经过重新设计。数值孔径越高,光线投射的角度范围越宽,成像对比度就越高,能够实现的最小结构尺寸就越小。正是这个看似不起眼的数字变化,带来了芯片密度提升近三倍的结果:搭载该系统生产的芯片,晶体管数量可以达到上一代系统所能制造芯片的2.9倍。
这台机器目前已向英特尔、SK海力士等客户交付约十台,Imec也于近期正式接收了ASML最新款EXE:5200系统。IBM同期在SPIE 2026大会上展示了基于High-NA EUV工艺、面向2纳米以下节点的技术路线,英特尔预计搭载该技术的Intel 14A节点将于2027年正式推出。
AI的胃口,逼着摩尔定律继续跑
芯片行业有一条非正式的"定律":摩尔定律。它预言芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番,这一规律自1965年提出以来基本得到遵守,驱动着整个信息技术产业的飞速发展。
但近年来,这条定律越来越难以维系。晶体管尺寸已经逼近物理极限,继续缩小会引发电荷泄漏等一系列棘手的量子效应,导致芯片性能下降甚至失效。与此同时,人工智能对算力的需求正以前所未有的速度膨胀,数据中心的电力消耗已经引发了全球范围内的能源焦虑。
ASML研究计量主管马尔滕·冯肯直言,正是因为人工智能的爆发,"我们看到的芯片需求量巨大,而且规模也需要大幅扩展"。High-NA EUV技术的突破,让在不增加芯片面积的前提下塞入更多晶体管成为可能,同等电力消耗下能够完成的计算任务随之大幅增加,这直接回应了AI数据中心最迫切的需求。
不过,这场竞赛远没有到终点。冯肯表示,ASML已启动数值孔径0.75的"超高NA"系统研发,这是下一个技术目标。而在更远的未来,Imec光刻研究副总裁Geert Vanderberghe认为,纯粹依靠缩小平面晶体管来推进摩尔定律的路线,终将触顶,下一阶段的突破方向是三维堆叠,把两个乃至更多晶体管垂直叠放在一起,像盖楼一样造芯片。
这条路的最大障碍是散热:晶体管堆叠越多,高速运算产生的热量越难导出,一旦失控芯片就会熔化。工程师们目前正在全力研究如何解决这个问题,而答案,很可能决定AI时代下一个十年的技术格局。
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