日本新創半導體製造公司Rapidus在其官網上發表了一篇以 「2奈米半導體挑戰：探索Rapidus的技術突破」 為主題的文章，細說2奈米在現在科技社會中的必要性，以及Rapidus在此一領域發展的進度及即與合作夥伴的關係。Rapidus在文章的最後中提到，憑藉著深厚的技術實力和強大的聯盟，Rapidus 必將成為全球半導體精英領域的新興日本力量。
Rapidus指出，半導體是當今數位社會的基礎，它不斷發展，以提供更快的速度和更強大的處理能力。這些進步背後的關鍵驅動力是電路微型化，就是不斷縮小電晶體尺寸，以便在單個晶片上容納更多晶體管。如今，半導體行業正在邁入2奈米（2nm）時代，這是迄今為止最先進的技術。
在半導體製造中，「製程節點」一詞指的是製造技術的迭代耕替，通常以奈米為單位。奈米數越小，表示處理能力越強，能夠繪製更窄的電路線。雖然這些數字過去直接反映電晶體的物理柵極長度，但現代結構已將節點名稱與實際尺寸分離開來。如今，像 2 奈米這樣的節點名稱大致反映了迭代的進步，通常每代都會經歷 0.7 倍的微縮趨勢。節點微縮對性能、集成度、成本和功率效率有著顯著的影響。更小的電晶體縮短了電子的傳播距離，加快了開關速度以提升運算性能。更高的電晶體密度使每個晶片能夠承載更多功能，同時增加每個晶圓的晶片數量可以降低製造成本。此外，減小的柵極尺寸降低了開關所需的電荷，從而降低了功耗、這對於電池供電設備和數據中心的能源效率來說是一個關鍵因素。
Rapidus在文章中補充了製程的微縮進一步提升了半導體設計的各個面相，包括性能、功能、成本和功耗。正因如此，世界各地的公司競相開發更小的製程節點，遵循摩爾定律，大約每兩年就會進步一次。
Rapidus表示，1965年在後來成為英特爾聯合創始人的戈登·摩爾(Gordon Moore)提出了後來被稱為摩爾定律(Moore’s Law)的理論。他指出，每18-24個月，積體電路上的元件（例如電晶體）數量就會翻一倍。這一預測推動了數十年的快速發展，推動了電子產品性能的提升和成本的降低。然而，隨著技術接近20奈米節點，傳統的平面電晶體在關斷時漏電流和電流流動逐漸增大，成為一個顯著的問題。2010年代初推出的鰭式場效應電晶體（FinFET）通過將溝道設計成三面被柵極包圍的垂直鰭片，有效地抑制了漏電流，進一步克服了這一問題。
在此同時，用於曝光的193nm ArF准分子雷射器難以形成10奈米以下的圖案，這導致了諸如浸沒式曝光和多重圖案化等過渡技術的發展，最終才採用了極紫外(EUV)曝光技術，這使得7奈米及以下的圖案化成為可能。展望未來，進一步的微型化不僅將依賴於電晶體的微縮，還將依賴於後摩爾時代的3D整合、新材料、晶片以及新型電晶體架構。
Rapidus強調，2奈米半導體有望比 7奈米和 5奈米等早期節點帶來顯著提升。根據 IBM 2021 年關於 2奈米原型晶片的數據顯示，與 7奈米晶片相比，2奈米晶片的性能可提高 45%，功耗可降低 75%。雖然 FinFET 能夠擴展到 3奈米時代，但它們也面臨著在更小尺寸下漏電增加的局限性，環柵 (GAA) 電晶體應運而生。它們使用奈米片或奈米線作為溝道，完全被柵極包圍，進一步改善了控制並抑制了漏電，使電晶體尺寸更小，同時仍能實現更高的性能。IBM 的原型採用三層矽奈米片 GAA 結構，在性能和效率方面均超越了 FinFET。
基於以上的情況，2奈米節點對人工智慧和物聯網尤為重要。人工智慧工作負載需要極高的計算性能和能效，因此能夠滿足這些需求的半導體成為關鍵。2奈米晶片在提供所需處理能力的同時，還保持了高能效，是人工智慧伺服器和邊緣設備的理想選擇。對於擁有數十億個小型且通常由電池供電的物聯網設備而言，2奈米技術可以讓先進的人工智慧在本地運行而不會消耗大量電量。
然而，2奈米也帶來了巨大的挑戰。可變性和良率控制變得更加困難，而且EUV曝光系統價格極其昂貴，全球只有少數幾家公司能夠負擔得起這種級別的生產。然而，即使面臨這些挑戰，2奈米仍將成為下一代數字基礎設施的基石。
Rapidus進一步指出，在競爭激烈的邏輯半導體市場，台積電、三星、英特爾等全球領導者正奮力領先。而總部位於日本的 Rapidus 在日本八大公司的支持和日本經濟產業省 (METI) 的支持下，成立於 2022 年，目標是在 2020 年代末在國內實現 2奈米節點製程的量產。因此，Rapidus 與 IBM 合作，正在推進 2 奈米製程製程。 2023 年和 2024 年，超過 150 名工程師被派往紐約州，接受下一代製程技術培訓。目前，約有 80 名工程師已返回千歲公司，致力於晶片原型製造流程的最佳化。
2025 年 4 月，Rapidus 在位於北海道千歲的創新製造整合 (IIM-1) 晶圓廠啟動了試驗生產線，計劃於當年稍後進行樣品生產，併計劃於 2027 年進行量產。Rapidus 的全新 IIM-1 代工廠代表了對傳統代工模式的重大改進，也重新構想晶圓廠如何透過尖端方法和技術即時思考、學習、調整和優化製程。
此外，Rapidus 也與總部位於加州的人工智慧運算公司 Tenstorrent 合作，共同開發用於邊緣應用的人工智慧處理器 IP。全球半導體領導者對 Rapidus 的 2奈米技術的興趣日益濃厚。Rapidus 正在建立廣泛的合作夥伴關係。除了 IBM 之外，其合作夥伴還包括奈米電子研發中心 imec 以及眾多設備和材料製造商，這些製造商將與 Rapidus 一起在以北海道為中心的先進生態系統中佔有一席之地。未來，憑藉著深厚的技術實力和強大的聯盟，Rapidus 必將成為全球半導體精英領域的新興日本力量。
(首圖來源：官網)
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