清晨五點多的點心房,有一種很特別的聲音。竹籠和竹籠輕輕磕了一下,老師傅手腕一翻,第三層就落定了。白汽從籠眼裡竄出來,先是燙臉的一陣濕,接著麵香、餡香,還有竹子被蒸出來的那點青味才追上來。你站在騎樓下等第一籠出爐,大概想不到,這座冒煙的小塔,最近被晶片業認真寫進了一份藍圖。
地皮不夠的時候,點心房和晶圓廠做了同一個決定
爐臺就那麼寬,一格爐眼擺一口鍋。整條街的早餐全壓在這家店身上,師傅的解法連小學生都看得懂:往上疊。一層不夠兩層,兩層不夠三層,爐火始終只燒一份。
晶圓廠遇到的困境,骨子裡是同一件事。先把時間說清楚:九月二十九日,全球前三大晶圓製造設備廠泛林集團(Lam Research)提出一套叫 SA-CFET 的架構,中文可以翻成自對準互補式場效電晶體,目標是把 CMOS 製程推往 10 埃、也就是 1 奈米以下。難處在於,電晶體在平面上已經縮到快縮不動了。閘極一短,源極和汲極之間的漏電跟著放大;通道一薄,載子跑不順,遷移率往下掉;接點一密,寄生電阻全部跳出來作怪,製程上一點點偏差都會喫掉良率。
泛林的答案和蒸籠師傅一致:平面走到底,就往高度發展。CFET 的做法是把 NMOS 和 PMOS 兩種電晶體上下疊,同一塊地皮住兩戶,密度直接翻倍,有效通道還能做得更寬。泛林這回補上的自對準功夫,是把疊樓過程裡最怕歪的幾個步驟,電源軌、接點、矽穿孔,改成讓結構自己找到位置;閘極切割改用非金屬方案,中間鋪一層介質做到功函數分離。這條路比利時微電子研究中心 imec 也在押,他們七月釋出的製程路線圖預估 2038 年做到 0.3 奈米等級,CFET 垂直堆疊正是路上的關鍵一段。
成績單長這樣:泛林的 Semiverse Solutions 團隊用 SEMulator3D 數位孿生軟體建模驗證,SA-CFET 做得出 6T SRAM 以及 NOT、NAND、NOR 這些邏輯單元,SRAM 位元單元面積 0.0094 平方微米,比 N3 規範小了 52.7%,比 A7 等級的 CFET 設計再小 19%,而且維持與 N3 相容的 42 奈米接觸閘極間距、21 奈米金屬間距。關鍵接點層都保有至少 10 奈米的對準餘裕,模擬裡沒有出現斷路或短路。換句話說,這份藍圖目前全部住在電腦裡,泛林自己也講得客氣,離量產還有距離,但 1 奈米之下要怎麼走,隨著各家路線圖攤開,它成了被反覆翻出來對照的那一頁。
把這份藍圖端回蒸籠前,每個名詞都對得上
底層那鍋水,就是「埋入式電源軌」。SA-BPR 把供電線路埋進晶圓下方,能量從最底下往上送。蒸籠塔也一樣,爐火只燒底鍋,蒸汽從水面上出發,一層一層往上爬,三層籠子喫的是同一股火。樓上樓下住不同房客,一層 NMOS 一層 PMOS,就像最底層蒸費時的蘿蔔糕,上層蒸回熱的肉包,同一根煙囪,各過各的日子。
「自對準」聽起來玄,蒸籠師傅天天在做。兩只竹籠要疊,不用畫線,不用量尺,籠身上緣的斜口剛好咬住下一層的凹槽,手一放就準。泛林把最怕對歪的步驟設計成這種咬合,手震一下也不怕;模擬裡那 10 奈米的餘裕,就是竹口咬合的寬容。老師傅單手端著三層籠穿過騎樓,白汽再急,塔也不散。
中間介質隔離,說穿了是防串味。上下兩種電晶體脾氣不同,中間鋪一層介質,各自安穩。蒸籠塔裡,這層介質叫墊布,或者一片糉葉、一張饅頭紙。奶黃包的甜不要染給蝦餃,筍絲的鮮也別爬上饅頭,隔層的用意很實際:讓每一層都保住自己的味道。
晶片往高度發展這件事,先前我們在可頌的二十七層與晶片的邏輯折疊裡聊過一種:在麵糰裡一摺再摺,把空間摺出來。蒸籠的疊法更直白,連摺都不摺,直接往上蓋樓。兩條路用的心思相同,廚房早就替兩種工法各寫了一本食譜。
蒸出來的飲食史,一口爐養一座塔
往上疊這個動作,在華人廚房裡有幾百年資歷。廣東飲茶講一盅兩件,點心車推到桌邊,揭蓋那陣白汽就是最好的招牌;上海南翔的小籠包靠一口猛汽把皮蒸得半透,湯汁在裡頭輕輕晃;到了臺灣,饅頭店門口那座冒煙的高塔撐起無數個清晨,碗粿、蘿蔔糕、肉圓、菜頭粿,通通是蒸汽的孩子。
竹蒸籠被用了幾百年,原因很實在。竹編有縫,蒸汽上得去也散得開,受熱均勻;竹子又吸水汽,包子底部不會泡出一灘濕,皮才發得蓬鬆。老師傅試汽溫不用溫度計,手背在籠口停半秒,燙的程度就是他的儀表板。最省的一點是能源:火只開一份,樓卻能一直加,這在柴薪年代是活下來的本事。
這回的新聞裡還有一個步驟特別有廚房味。泛林沒急著進工廠,先讓數位孿生在電腦裡把整條工法跑過一遍,確認做得出該有的電路、模擬裡沒有斷路短路,才把話說出口。點心房上新品也走同樣的順序:紙上先排配料,師傅自己試喫兩輪,家人充當白老鼠,試到不出包才敢印上菜單。差別只在,蒸籠這邊的模型是舌頭,晶圓廠那邊的模型是軟體。先前我們也看過千層酥與糖心蛋早就懂的層次祕密,那是把成品切開來驗收;這回連半成品都還沒有,全靠預演撐場。
你家的爐眼也只有一格:疊蒸的幾個眉角
家用爐的口徑比點心房小,疊的原理照用,眉角要調整。費時的放底層,蘿蔔糕、地瓜、糉子這類需要時間的坐下面;快熟的放上層,包子回蒸、蒸蛋、魚片,時間一到先抽上層,底層繼續睡它的蒸汽浴。籠底記得墊東西,烘焙紙、紗布或一片高麗菜葉都行,防沾也防串味,這是家裡版的介質隔離。新買的竹籠先沖水或空蒸一輪,竹子喫過水才不容易裂,老話叫養籠。層數兩三層最穩,疊太高頂層搶不到汽,中途把上下籠交換一次,火力才公道。蓋子底下若會滴水,墊塊布或換拱形蓋,免得水珠砸回包子表面,燙出一個個疤。
廚房裡也有「自對準」可以偷學。高湯放涼分裝進冰塊盒,一格就是一碗的底,煮麵時抓兩顆下去,不必量杯;饅頭搓成同樣大小再入籠,熟的時間自然整齊;醬料先調成固定比例的基底,之後每次只做微調。把對的事交給容器和結構,手感和注意力就能留給火候,這是老師傅省力的祕密,也正好是泛林那份藍圖的哲學。
天亮了,點心房的塔又高了一層。你接過那籠蝦餃,燙得左手換右手,揭蓋的瞬間白汽撲上眼鏡。幾萬公裏外的實驗室裡,工程師剛在模型裡把兩種電晶體疊妥,往 1 奈米之下又墊了一塊磚。兩件事隔著一個大洋和好幾個數量級,用的卻是同一個老念頭:地方就這麼大,日子還得過下去,那就往上長。早餐先熟了,晶片再等等。