现在的集成电路制作技能其间心就是光刻技能，这种办法与照相相似，就是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂（或称光刻胶）的硅片上。在实践工艺中，一个芯片的发生要阅历几十次光刻才干完结，有些结构层乃至需求屡次光刻才干构成。
在这个开展阶段，所谓的物理极限其实就是光的波长约束，所以科学家们所做的作业首要是不断下降用于曝光的光线的波长。经过这种办法，不断提高光刻分辨率，分辨率高了，相同巨细的硅晶圆上，能够出产更多的芯片。
· 2012年：制程工艺开展到22nm，此刻联电、联发科、格芯等许多厂家能够抵达22nm的半导体制程工艺。
· 2017年：步入10nm年代，英特尔停在了10nm，i5和i7处理器因为良率问题而迟迟无法交货。
· 2018年：7nm降临，英特尔至今无法打破，而美国另一家芯片代工巨子“格芯”，也是在7纳米处倒下的。
· 2020年：制程开端进入5nm年代，进入更难的5nm，只要三星和台积电生计下来了。
第一款出货的5nm芯片，是苹果2020年10月份发布并上市的A14仿生芯片，这款SoC的晶体管数量抵达118亿个，比A13多大约40%；而第二款则是集成153亿个晶体管的华为麒麟9000。
可是跟着半导体技能逐步挨近物理瓶颈，晶体管尺度的微缩越来越难。5nm的手机芯片的体现好像并不尽人意，不仅在功能提高有限，功耗也面临“翻车”。关于普通用户来说，设备发热严峻和高功耗会直接影响运用体会，芯片散热差严峻时会导致芯片反常乃至失效。
首要原因是制作工艺不成熟，工艺、IC规划与功耗的不平衡。当制作工艺和IC规划不匹配时，便会构成一些问题，包含功耗、功能等。
厂商为寻求更低的本钱，用更小面积的芯片承载更多的晶体管，看似是到达制程越先进、芯片功能越好、功耗越低。但实践情况更杂乱，有的厂商经过添加中心、也有经过规划更杂乱的电路，无论是添加中心仍是规划更杂乱的电路，都需求面临功耗激增的问题，两者之间又需求寻觅新办法进行平衡。
别的，5nm芯片的本钱极高。商场研讨机构IBS给出的数据显现，自28nm之后芯片的本钱敏捷上升：28nm工艺的本钱为0.629亿美元，到了7nm和5nm芯片的本钱敏捷暴增，5nm将增至4.76亿美元。
在FinFET工艺之后，盘绕式闸极电晶体（GAA）也开端提上议程，台积电本来方案在5nm节点上运用该技能，但考虑到归纳功能和本钱之后，挑选继续运用FinFET工艺。让GAA的运用推延至3nm节点上。
台积电5nm尽管现已量产，但产能仍是很有限，还在继续提高中；别的3nm制程也估量在2021年危险量产，在2022年下半年量产，这次台积电内部又将2nm芯片提上了日程。据财联社音讯，台积电方面近期标明，将在新的台湾研制中心运营一条先进出产线名工程师，该设备将专心于研讨2纳米芯片等产品。有业界声响估量，台积电2nm将在2023年至2024年推出。
从诞生到现在的二十年间，FinEFT技能现已让芯片工艺节点制程最高打破到3nm。不过，3nm简直现已迫临FinFET的极限，再往下开展，无论是鳍片间隔、短沟道效应仍是资料现已抵达阈值，假如没有改动架构，芯片或许连物理结构都构不成。
所以，台积电的2nm制程用上了GAA技能，作为FinFET技能的演进，这也能够用来继续按捺短沟道效应的技能。可是在GAA工艺上，台积电并不是走得最快的。台积电在最新的3nm制程上还将继续沿袭FinFET工艺，不过三星的3nm则挑选了GAA工艺道路。
GAA是FinFET技能的演进，其四面都被栅极环绕，然后再度增强栅极对沟道的操控才能，有用削减漏电。它和FinFET有相同的理念，不同之处在于GAA的栅极对沟道的四面包裹，源极和漏极不再和基底触摸。
依据规划的不同，GAA也有不同的形状，现在比较干流的四个技能是纳米线、板片状结构多路桥接鳍片、六角形截面纳米线、纳米环。三星对外介绍的GAA技能是Multi-Bridge Channel FET（MBCFET），即板片状结构多路桥接鳍片。台积电相同选用MBCFET架构。
GAA能够带来功能和功耗的下降，但本钱也十分高，三星称其3nm GAA的本钱或许会超越5亿美元。
跟着芯片尺度的进一步缩小，新的“物理极限”呈现了。这就是咱们传统核算机芯片的规划理念问题。咱们都知道的，现在的电脑是依据数字电路0、1这样的逻辑电路建立起来的。而跟着芯片尺度的减小，最小的PN结也在不断的减小。因为量子效应，PN结不能构成之前的作业状况，也就是说，不再体现出0和1这种状况，量子效应成为了数字集成电路的绊脚石。
这怎么办呢？其实，需求的不是做新的PN结出来，因为PN结现已无法再小了。科学家们做的作业是，开展下一代核算机技能：量子核算机。这种核算机的作业原理跟咱们现在的核算机是不同，它是运用量子的波函数来进行核算的。它的核算逻辑不同於数字电子核算机，量子核算用来存储资料的对象是量子位元，它运用量子演算法来进行资料操作。
这种改变其实就是新的技能手法替代老的技能手法的进程。面临无法再小的数字化集成电路科学家祭出的新的手法就是量子核算，用量子核算来替代数字核算，让核算才能进入到一个新的开展阶段。
还有就是现在，芯片都是由硅为根底，在上面刻蚀电路，可是，理论研讨标明，当芯片制程抵达1nm的时分，量子隧穿效应，就是电子不受操控，所以这是人们很忧虑的问题，1nm后怎么办？现在人类马大将硅基资料的功能紧缩到了极限，所以替换资料现已被提上日程，现在最有期望的就是二硫化钼（MoS2）。
硅和二硫化钼都有晶体结构，可是二硫化钼关于操控电子的才能要强于硅，众所周知，晶体管由源极，漏极和栅极，栅极担任电子的流向，它是起开关作用，在1nm的时分，栅极现已很难发挥其作用了。而经过二硫化钼，则会处理这个问题，并且二硫化钼的介电常数十分低，能够将栅极紧缩到1nm彻底没有问题。
1nm是人类半导体开展的重要节点，能够说，能不能打破1nm的魔咒，关乎核算机的开展，尽管二硫化钼的运用价值十分大，可是，现在还在前期阶段，并且，怎么批量出产1nm的晶体管还没有处理，可是，这并不阻碍二硫化钼在未来集成电路的远景。
当时，芯片由先进制程带来的功能、功耗报答正在明显下降。近几个月，搭载5nm制程工艺SOC的智能手机连续上市。从这些手机的实践体现来看，无论是台积电的5nm FinFET工艺，抑或三星的5nm LPE工艺，功能、功耗提高都未能满意商场预期。
三星方面，功耗翻车的问题比较突出。选用三星5nm LPE工艺的骁龙888处理器和上代产品骁龙865处理器比照，单核功耗和多核功耗明显添加，能效体现上大幅下降。
台积电方面，箭步推动的5nm，实践功能提高有些拉胯。以苹果A系列处理器为例，相同依据台积电7nm制程，A13处理器比较A12处理器CPU功能提高20%、GPU功能提高20%；而依据台积电5nm制程的A14比较A13，CPU 功能方面提高大约在16.7%左右，GPU功能提高则大约在8.3%左右。
也就是说，在苹果A系列处理器上，5nm制程前进带来的前进，很或许还比不上苹果自己对处理器架构的优化晋级。尽管有一些业内人士猜想，这是因为5nm初期良品率不高，苹果A14屏蔽了一些中心。但相同选用台积电5nm工艺的麒麟9000，其功耗操控较之官方数据也存在较大差异。
5nm先进制程工艺的实践体现遍及称不上令人满意，关于当时阶段运用5nm工艺的产品而言，其营销价值或许要远远超越先进制程自身的实用价值。
愈加令人感到不安的是，在当时台积电5nm制程工艺的实用价值都很成问题的情况下，台积电还在继续加大对下一代制程节点3nm工艺的研制投入。在近来的财报会议上，台积电管理层宣告2021年方案将年度本钱开支从2020年的170亿美元大幅提高到250亿至280亿美元，增幅将抵达45%至63%，其间约80%将用于3nm工艺研制，这意味着，台积电本年将会有超越150亿美元的本钱开销投向3nm工艺。
而依据台积电此前发布的方案，他们的3nm工艺，方案在本年危险试产，2022年大规模量产。也就是说，依照台积电的规划，明年在商场上咱们就能够看到一些搭载台积电3nm工艺的产品。
这仍然契合台积电近几年来的先进制程晋级换代节奏，但是从产品的实践体现来看，昂扬的价值并没能完美完成预期中的作用。换而言之，台积电现在很或许现已触碰到了本钱投入和技能完成之间的一个瓶颈，忽视这一瓶颈而又急迫想要完成3nm先进制程工艺的台积电，其完成已陷入了一场极限技能冒险。
