最近，三星以及台积电在先进半导体制程打得相当火热，彼此都想要在晶圆代工中抢得先机以争取订单，几乎成了 14 奈米与 16 奈米之争，然而 14 奈米与 16 奈米这两个数字的究竟意义为何，指的又是哪个部位？而在缩小制程后又将来带来什么好处与难题？以下我们将就奈米制程做简单的说明。
奈米到底有多细微？
在开始之前，要先了解奈米究竟是什么意思。在数学上，奈米是 0.000000001 米，但这是个相当差的例子，毕竟我们只看得到小数点后有很多个零，却没有实际的感觉。如果以指甲厚度做比较的话，或许会比较明显。
用尺规实际测量的话可以得知指甲的厚度约为 0.0001 米（0.1 毫米），也就是说试着把一片指甲的侧面切成 10 万条线，每条线就约等同于 1 奈米，由此可略为想像得到 1 奈米是何等的微小了。
知道奈米有多小之后，还要理解缩小制程的用意，缩小晶体管的最主要目的，就是可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管，让芯片不会因技术提升而变得更大；其次，可以增加处理器的运算效率；再者，减少体积也可以降低耗电量；最后，芯片体积缩小后，更容易塞入行动装置中，满足未来轻薄化的需求。
再回来探究奈米制程是什么，以 14 奈米为例，其制程是指在芯片中，线最小可以做到 14 奈米的尺寸，下图为传统晶体管的长相，以此作为例子。缩小晶体管的最主要目的就是为了要减少耗电量，然而要缩小哪个部分才能达到这个目的？左下图中的 L 就是我们期望缩小的部分。借由缩小闸极长度，电流可以用更短的路径从 Drain 端到 Source 端（有兴趣的话可以利用 Google 以 MOSFET 搜寻，会有更详细的解释）。
（Source：www.slideshare.net）
此外，电脑是以 0 和 1 作运算，要如何以晶体管满足这个目的呢？做法就是判断晶体管是否有电流流通。当在 Gate 端（绿色的方块）做电压供给，电流就会从 Drain 端到 Source 端，如果没有供给电压，电流就不会流动，这样就可以表示 1 和 0。（至于为什么要用 0 和 1 作判断，有兴趣的话可以去查布林代数，我们是使用这个方法作成电脑的）
尺寸缩小有其物理限制
不过，制程并不能无限制的缩小，当我们将晶体管缩小到 20 奈米左右时，就会遇到量子物理中的问题，让晶体管有漏电的现象，抵销缩小 L 时获得的效益。作为改善方式，就是导入 FinFET（Tri-Gate）这个概念，如右上图。在 Intel 以前所做的解释中，可以知道借由导入这个技术，能减少因物理现象所导致的漏电现象。
（Source：www.slideshare.net）
更重要的是，借由这个方法可以增加 Gate 端和下层的接触面积。在传统的做法中（左上图），接触面只有一个平面，但是采用 FinFET（Tri-Gate）这个技术后，接触面将变成立体，可以轻易的增加接触面积，这样就可以在保持一样的接触面积下让 Source-Drain 端变得更小，对缩小尺寸有相当大的帮助。
最后，则是为什么会有人说各大厂进入 10 奈米制程将面临相当严峻的挑战，主因是 1 颗原子的大小大约为 0.1 奈米，在 10 奈米的情况下，一条线只有不到 100 颗原子，在制作上相当困难，而且只要有一个原子的缺陷，像是在制作过程中有原子掉出或是有杂质，就会产生不知名的现象，影响产品的良率。
如果无法想像这个难度，可以做个小实验。在桌上用 100 个小珠子排成一个 10×10 的正方形，并且剪裁一张纸盖在珠子上，接着用小刷子把旁边的的珠子刷掉，最后使他形成一个 10×5 的长方形。这样就可以知道各大厂所面临到的困境，以及达成这个目标究竟是多么艰钜。
随着三星以及台积电在近期将完成 14 奈米、16 奈米 FinFET 的量产，两者都想争夺 Apple 下一代的 iPhone 芯片代工，我们将看到相当精彩的商业竞争，同时也将获得更加省电、轻薄的手机，要感谢摩尔定律所带来的好处呢。
（首图来源：Flickr/Santi CC BY 2.0）
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