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半导体制造工艺持续缩减，大型公司正探索突破摩尔定律的上限，并将工艺缩减时间延长数十年。最近，台积电等大型企业纷纷投资神秘的半导体二维材料技术，下面我们来看看这一技术到底进展如何？
二硫化钼（化学式：MoS₂）技术近年来引起了关注。它是一种二维材料，目前是半导体行业中最著名的二维半导体材料之一，正进入亚1纳米。 然而，在实现商业使用之前，克服瓶颈的路还很长。
硅材料将继续使用数十年甚至更久
行业分析显示，二硫化钼技术将在实验室外实现大规模生产前至少持续十年。二维材料有许多可能性，但最终结果取决于半导体工艺如何应对客户和人工智能应用需求而演进。目前，硅材料预计将在数十年内被台积电、三星甚至英特尔等代工厂用于大规模生产工艺。
然而，要突破摩尔定律的限制，半导体工艺在进入1纳米以下时不可避免地探索新材料（10 Ω，A10）。半导体晶圆代工厂技术的突破依赖于材料科学的进步。当前硅材料在进入低于A10时面临无法逾越的物理障碍。新材料的商业价值在于“将摩尔定律再延长十年”。
目前，台积电、英特尔和三星等领先半导体制造商采用分阶段引入二维材料的策略。最早的引入将在约1纳米以下、0.7纳米以下（A7工艺）/CFET时代的10年内出现，设备生产转换的瓶颈必须得到解决。
目前，应用材料、ASML等设备公司正积极投资研发，以满足所需的设备和技术需求。设备制造商指出，二硫化钼的技术路径仍处于实验阶段，尚未进入实验室。引入12英寸晶圆工艺需要高通量、高良率和低热预算等挑战。作为欧洲微电子研究中心（imec）的重要合作伙伴，ASML已将二维材料纳入光刻技术及整体蓝图。
晶圆厂不会鲁莽地转向全新的材料系统
设备制造商还表示，要观察二维材料的实际商业化和量产过程，仍要等到埃米级与CFET架构到来之后。预计开发和探索新器件至少需要数十年时间，从设备验证到实际量产的路径也将持续数十年。
此外，现有硅技术的寿命也在不断延长。由于晶圆厂建设成本极高，只要硅材料结合GAA架构和高数值孔径（高NA EUV）设备能够在多代工艺中满足客户目标，晶圆厂就不会鲁莽地花费数百亿美元更换全新材料系统。
二维材料的三大商业瓶颈
业内人士还表示，12英寸晶圆的生长和转移良率（通量与良率）：在实验室中仅用几微米进行二维材料应用非常简单，但12英寸晶圆上“无晶界缺陷且单原子厚度”的薄膜会增大。现有设备良率和速度仍无法满足晶圆晶圆厂的大规模小时产能需求。
其次，必须考虑与现有12英寸晶圆厂（Fab）的兼容性：二维材料非常脆弱，传统的蚀刻、清洗和高介振涂层工艺都可能破坏其原子结构。主要设备制造商（如应用材料、东京电子等）需要数年时间完成新的专用设备链。
第三，现有硅技术的寿命不断延长，人工智能是确保硅技术寿命持续延长的核心关键。 半导体行业常称之为“摩尔定律减速”，指的是依赖物理微型化（使晶体管更小）变得越来越昂贵且困难的过程。
人工智能干预延长了硅材料的使用寿命
人工智能的介入使行业从“物理微型化”转变为“算法微型化”和“系统级优化”，在不更换硅材料的情况下挤出更高的性能和良率。
AI已成为最强大的“算法辅助工具”，在工艺的四个关键领域延长了硅技术的寿命，包括将光学极限推至原子层面、利用AI探索终极PPA的EDA芯片设计优化（DTCO/STCO）、先进封装与异构集成（芯片组/3D IC）、绕过单芯片物理壁以及晶圆表面智能制造：实时校正和良率提升（良率优化）。
英伟达首席执行官黄仁勋此前公开表示，台积电采用英伟达cuLitho加速了台积电的制造流程和优化。台积电与EDA巨头Synopsys和ASML深度集成了cuLitho，融入2nm（N2）、A16及后续Amy世代的制造工艺，帮助将掩模生产周期（TAT）从两周缩短到“一夜之间”，并降低了数据中心空间、功耗和建设成本。举个例子，大约350到500台NVIDIA H100/Blackwell GPU服务器系统可以替代多达40,000台CPU服务器，这意味着晶圆厂数据中心节省了约8/9的功耗（近90%的碳减排），并节省了7/8的机架空间，显著降低了运行和冷却成本。
