新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？

新聞常說「2 奈米開始量產」「3 奈米手機晶片」。聽起來像晶片上有個東西是 2 奈米。其實這個數字不是在量任何一個東西，它是一代製程的名字。要說清楚，得先從晶片裡最小的零件說起。

晶片裡到底在做什麼？

晶片裡最基本的零件叫電晶體。它就是一個用電控制的小開關：通了是 1，斷了是 0。手機拍照、算路線、跑 AI，最後都是很多很多個開關在開開關關。一顆手機晶片上，現在有上百億個這種開關（電晶體是什麼，這一篇講得更細）。

開關做得越小，同一塊地方就塞得越多；每個開關切換時要的電也越少。所以幾十年來，大家一直在想辦法把它做小。新聞說的「幾奈米」，講的就是這件事做到了第幾代。

「奈米」原本在量什麼？

奈米是十億分之一公尺。一根頭髮大約幾萬奈米粗。

很早以前，大約到 1990 年代，製程的名字跟電晶體上某個真的尺寸差不多對得上，例如那一代能做出的最細的線大約多寬。那時候，名字就是尺寸。

那為什麼後來對不上了？

每一代的目標，大致是讓同樣大小的地方放進兩倍的開關。長和寬各縮成 0.7 倍，面積就是 0.7 × 0.7，差不多一半。所以每一代的名字，就照「上一代乘 0.7」往下取：

90 → 65 → 45 → 32 → 22 → 14 → 10 → 7 → 5 → 3 → 2

可是到了後來，電晶體沒辦法再靠「每樣東西照比例縮小」變強。工程師改用別的方法：把電晶體從平平的一片改成立起來的薄片（像把平房改成蓋樓），再改成把電流走的通道四面包住；換材料；把線排得更密。整體效果還是「一代比一代塞得多」，但沒有哪個尺寸真的縮到名字上的數字。

於是名字就只剩下「這是第幾代」的意思。中間有些代，各家取的名字不完全一樣；同一個數字，各家做出來也不一定一樣小，因為沒有統一的標準。

那實際上有多小？

以一份公開的國際半導體技術路線圖對「3 奈米」那一代的估計：電晶體一個挨一個排列的間距大約四十幾奈米，最密的金屬導線間距大約二十幾奈米。2 奈米這一代再小一點，但還是幾十奈米的等級。

這些都比名字上的數字大很多，但也比頭髮細上千倍。晶片裡確實有幾層膜只有幾奈米厚，不過名字也不是在量它們。

數字越小，到底好在哪？

同樣大小的晶片放更多開關，就能做更多事，例如手機裡跑 AI；或是同樣的事，用更小、更省電的晶片做完。對你來說，就是比較快、比較省電、比較不燙。

代價是越來越難做，也越來越貴。要印出更細的圖案，曝光機得用波長更短的光，最先進的是極紫外光（波長只有 13.5 奈米，空氣都會把它吸掉，所以整條光路要在真空裡）；一顆晶片要經過的步驟也越來越多，每一步都可能出錯，所以新的一代一開始，好的晶片佔的比例（良率）往往比較低。

所以不是每一種晶片都需要最新的一代。車子、家電、充電器裡很多晶片，用的是好幾代以前的作法，夠用、穩定、便宜。新聞說的「成熟製程」，就是這些。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「2 奈米開始量產」：最新一代的作法，開始大量生產了。不是誰做出了一個 2 奈米的東西。
• 「3 奈米手機晶片」：這顆晶片是用「3 奈米」這一代的作法做的。
• 「擴充成熟製程產能」：多開一些用舊幾代作法做晶片的產線，做車子、家電要用的那種。

在 fab24hr 裡

遊戲裡的晶圓廠是虛構的，沒有說它是幾奈米。你在黃光區看到的曝光、在蝕刻區看到的線寬量測，就是名字背後那些真的要縮小的東西，每天有人在顧。文中的尺寸照公開的一般資料寫，查不到統一數字的地方只寫量級。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。