28纳米（28nm）是半导体制造中一个具有里程碑意义的工艺节点，它标志着从传统平面晶体管（Planar FET）向鳍式场效应晶体管（FinFET，鳍式晶体管）的过渡，是现代高性能计算和移动设备发展的关键一环。
什么是28纳米技术？
28纳米指的是芯片上晶体管栅极的最小宽度（或半节距）约为28纳米，这个数字越小，意味着可以在同样大小的硅片上集成更多的晶体管，从而实现：
- 更高的性能：晶体管更小，开关速度更快，芯片运行频率可以更高。
- 更低的功耗：晶体管栅极更短，漏电减少，静态功耗显著降低，这对于电池供电的移动设备至关重要。
- 更高的集成度：在同样面积上集成更多功能，实现更复杂的系统级芯片。
28纳米技术的核心突破：从平面到鳍式（FinFET）
28nm技术之所以重要,核心在于它大规模引入了鳍式场效应晶体管。
传统平面晶体管的瓶颈
在28nm之前,芯片使用的是平面晶体管，随着制程不断缩小（从90nm、65nm到40nm），晶体管的沟道长度越来越短，这带来了一个致命问题：短沟道效应。
- 什么是短沟道效应？ 当栅极无法有效控制沟道时，源极和漏极之间会产生电流泄漏，导致：
- 功耗急剧增加：漏电功耗成为总功耗的主要部分，芯片发烫，续航变差。
- 性能不稳定：晶体管开关特性变差，电路无法正常工作。
- 良率下降：控制泄漏变得极其困难，生产出的合格芯片比例降低。
为了克服40nm节点的瓶颈,业界开始探索新的晶体管结构。
鳍式晶体管的革命性设计
FinFET的结构彻底改变了游戏规则,它不再是平面的，而是立体的。
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工作原理：
- 传统晶体管的沟道是“躺在”硅平面的。
- FinFET的沟道则是一个像鱼鳍一样竖立起来的硅结构（Fin）。
- 栅极不再是平面地覆盖在沟道上,而是像“马蹄铁”一样，从三个侧面（左右和顶部）包裹住这个“鳍”。
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带来的优势：
- 栅极控制力更强：由于栅极包裹了沟道，即使是更短的沟道，栅极也能更有效地控制电流的通断，极大地抑制了短沟道效应。
- 漏电大幅降低：栅极控制力增强，源漏之间的泄漏电流显著减少，从而降低了静态功耗。
- 驱动电流更高：立体结构允许在更小的面积内实现更宽的沟道，从而提供更大的驱动电流，提升了芯片性能。
简单比喻： 想象一下控制水流，平面晶体管像一块薄板横在水渠里，水很容易从旁边漏掉，而FinFET像一根立在水渠中的柱子，闸门从三面包住它，能更严密地控制水流，几乎没有泄漏。
28纳米的两种主要实现路径
在28nm时代,主要有两种技术路线，它们代表了不同的设计哲学：
| 特性 | 28nm HPM (High Performance for Mobile) | 28nm HPM (High Performance for Mobile) | 28nm LPM (Low Power for Mobile) |
|---|---|---|---|
| 核心晶体管 | 全鳍式晶体管 | 部分平面晶体管 + 部分鳍式晶体管 | 以平面晶体管为主，选择性使用FinFET |
| 目标应用 | 高性能计算、高端手机SoC（如骁龙800系列早期）、GPU | 平衡性能与功耗的主流应用 | 对功耗极其敏感的应用，如IoT设备、射频芯片、电源管理芯片 |
| 性能 | 最高 | 中等 | 较低 |
| 功耗 | 较高（相比LPM） | 中等 | 最低 |
| 成本 | 最高（因为FinFET结构更复杂） | 中等 | 最低 |
- 28nm HPM (High Performance Mobile)：这是为追求极致性能而设计的版本，大量使用FinFET，性能最强，但成本也最高，早期的苹果A5/A6芯片、高通骁龙Snapdragon S4 Pro等就采用了这个工艺。
- 28nm LPM (Low Power Mobile)：这是为追求极致低功耗而设计的版本，尽可能保留成熟的平面晶体管技术，只在关键部分使用FinFET，它的成本最低，功耗控制极佳，非常适合物联网、可穿戴设备等市场。
28纳米的市场地位和意义
尽管现在7nm、5nm甚至更先进的工艺已经普及，但28nm至今仍然是全球半导体产业中不可或缺的中流砥柱。
长盛不衰的原因：成本与效益的完美平衡
- 开发成本相对较低：与7nm、5nm动辄数十亿甚至上百亿美元的研发费用相比，28nm的研发和生产线建设成本要低得多。
- 良率高，成熟稳定：28nm技术已经发展了十多年，工艺非常成熟，生产良率极高，这意味着每片晶圆上能产出大量合格的芯片，摊薄了单个芯片的成本。
- “甜蜜点”：对于很多应用来说，28nm提供的性能和功耗已经足够，而其成本优势是更先进工艺无法比拟的，它为追求“性价比”的产品提供了最佳选择。
主要应用领域
28nm芯片至今仍广泛应用于：
- 汽车电子：车载信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统、车身控制单元等，这些领域对成本敏感，且对28nm的性能足够满意。
- 物联网：智能家居设备、工业传感器、智能表计等，它们对功耗和成本有极高的要求。
- 电源管理芯片：几乎所有电子设备都需要PMIC，28nm是PMIC的理想工艺。
- 射频前端：手机中的射频芯片等。
- FPGA：现场可编程门阵列，28nm是FPGA市场的重要节点。
- 显示驱动芯片：手机、电视屏幕的驱动芯片。
“28nm困境”与突破
在28nm之前,每一次制程升级（如从130nm到90nm）都能带来显著的成本下降（因为单位面积上的晶体管数量增加），但在从40nm迈向28nm时，由于引入了复杂的FinFET技术，导致研发和制造成本急剧上升，使得28nm芯片的单位成本甚至可能高于40nm，这就是所谓的“28nm困境”或“成本拐点”。
这个困境被晶圆尺寸的升级所破解，业界从300mm晶圆转向了450mm晶圆（尽管推广缓慢，但趋势明确），更大的晶圆可以在一次生产中产出更多芯片，从而显著降低了单个芯片的制造成本，抵消了工艺升级带来的成本增加。
主要制造商
- 台积电：28nm技术的引领者和最大供应商，其28nm HPM工艺曾是业界的标杆。
- 三星：也是28nm技术的重要玩家，与台积电展开激烈竞争。
- 格芯：在宣布放弃7nm及以下先进制程后，将重心放在了成熟但利润丰厚的28nm及更成熟节点上。
- 中芯国际：中国大陆技术最先进的28nm芯片制造商，正在不断追赶和扩大产能。
- 联电：专注于成熟和特殊工艺，在28nm领域也有布局。
28纳米芯片制造技术是一个承前启后的关键节点，它通过引入革命性的FinFET结构，成功突破了平面晶体管的物理极限，为移动计算时代的性能和功耗需求提供了支撑，它凭借其卓越的“性价比”和高度的成熟度，在先进制程主导的时代依然稳坐“全能冠军”的宝座，支撑着从汽车到物联网的庞大数字世界。 它不仅是技术演进的里程碑，更是现代半导体产业生态中不可或缺的基石。
