2026 半导体技术Roadmap：未来 15 年，从 2nm 到Chiplet

未来十年，半导体技术将沿着多维轨道狂奔，而真正的突破可能发生在架构层面而非制程本身。

半导体行业正站在一个历史性拐点。当台积电2nm制程即将量产的消息传来，大多数人可能并未意识到，这背后隐藏着一场更深层次的技术范式转移。

根据国际半导体技术路线图（IRDS）和多机构联合预测，到2030年，半导体技术将呈现多路径并行发展的格局。

传统制程微缩仍在继续，但已不再是唯一的赛道。先进封装、存内计算、光互联等新兴技术正逐渐成为性能提升的新引擎。

01 制程微缩：从FinFET到CFET的艰难跨越

制程技术依然是半导体进步的基石。2025年，业界将实现2nm制程的量产，而这标志着晶体管结构从FinFET向GAA（全环绕栅极）的全面转变。

GAA晶体管通过使用纳米片通道材料，提供了更好的栅极控制能力，有效减少了漏电流问题。但与FinFET相比，GAA在制造复杂度和成本上都面临巨大挑战。

关键技术节点预测：

• 2025年：2nm GAA技术成熟

• 2028年：1.4nm制程进入量产

• 2031年：1nm制程实现，开始引入CFET（互补式场效应晶体管）

• 2034年后：向0.5nm及以下节点迈进

值得注意的是，制程微缩的速度正在放缓。每一代技术节点的更新时间从过去的2年延长到3-4年，这意味着行业需要寻找新的性能提升途径。

02 先进封装：从2D到3D集成的范式转移

当制程微缩面临物理极限时，先进封装技术成为了新的突破口。2.5D和3D封装技术通过将多个芯片垂直堆叠，实现了在有限空间内的高度集成。

封装技术发展路线：

• 2025年：基于UCIe标准的Chiplet生态系统初步建立

• 2028年：2.5D与3D TSV混合集成成为主流

• 2033年：3D TSV+混合键合+光学I/O集成

• 2040年：实现无中介层的全3D垂直集成

CoWoS、Foveros等先进封装技术正在重新定义芯片的界限。通过将不同工艺、不同功能的芯片集成在一起，系统级性能得到了跨越式提升。

03 存储技术：HBM与存内计算的崛起

随着AI和大数据应用的爆发，存储技术正经历着革命性变化。HBM（高带宽内存）通过3D堆叠技术，实现了内存带宽的指数级增长。

存储技术发展预测：

• 2025年：HBM3e实现12层堆叠，带宽达到2TB/s

• 2031年：20层堆叠HBM，带宽提升至8TB/s

• 2040年：30层堆叠技术，带宽突破128TB/s

更令人兴奋的是存内计算技术的进步。通过将计算单元嵌入存储阵列，PIM（存内处理）技术有效解决了传统冯·诺依曼架构的内存墙问题。

04 互联技术：从铜互联到光互联的演进

芯片内部和芯片间的互联技术正成为性能提升的新瓶颈。传统铜互联在高速信号传输中面临衰减和功耗挑战，而光互联技术提供了新的解决方案。

互联技术发展路径：

• 2025年：112Gbps PAM4成为主流

• 2029年：224Gbps PAM4/6开始商用

• 2037年：512Gbps PAM-16和QAM技术成熟

• 2040年：1Tbps相干调制技术实现商用

硅光技术通过将光学器件与CMOS工艺集成，为大规模光电集成提供了可能。CPO（共封装光学）和NPO（近封装光学）等技术正在重塑数据中心互联架构。

05 新兴计算范式：量子与存内计算的突破

除了传统计算架构，新兴计算范式也在悄然崛起。量子计算虽然仍处于早期阶段，但已显示出解决特定问题的巨大潜力。

量子计算发展里程碑：

• 2026-2028年：100-1000量子比特处理器商用

• 2032-2035年：含错量子计算阶段

• 2036-2040年：容错量子计算实现突破

同时，基于存内计算的AI加速器正成为边缘计算的主流方案。通过将计算与存储紧密结合，这些专用处理器在能效比上远超传统CPU和GPU。

06 技术融合：系统级优化的新时代

半导体行业的发展正在从单纯追求制程微缩，转向系统级技术协同优化（STCO）。这意味着芯片设计、制造、封装、测试等环节需要更深层次的协同。

未来十年，成功的半导体企业将不再是单一技术领域的领导者，而是能够整合多重技术优势的系统级解决方案提供商。AI辅助设计、多物理场仿真和虚拟原型技术正成为加速技术融合的关键工具。

技术融合的趋势正在重塑产业格局，传统的垂直分工模式面临挑战，系统级整合能力成为新的竞争壁垒。

面对这一波澜壮阔的技术变革，中国企业需要制定长远的技术战略，在追赶先进制程的同时，布局先进封装、存内计算等新兴领域。

技术自主可控不再仅仅是制程的自主可控，而是整个技术生态的自主可控。从材料、设备到设计工具，从制造工艺到封装测试，全产业链的协同创新将成为未来十年的主旋律。

半导体技术的竞争，本质上是一场关于创新生态的竞争。

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半导体技术路线2026 大纲 一、半导体有线连接技术 1. 信号传输与延迟问题

• 高速通道的寄生元件限制

• 信号传输上限(Latency)与传播延迟(Propagation Delay)的关系

• 信号完整性与频率带宽的关联

• 异种集成技术

  缩短芯片间距离，提高信号/电源布线的单位面积集成度

• Chiplet技术

  改善半导体系统成本，增加系统灵活性，提升性能

• SerDes技术

  有效利用信号要素，实现高可靠性信号传输

年份

产业展望

互连

封装

设计自动化

电源管理

2025

Chiplet商业化转型点

UCIe基础短距离PHY(~2mm)

2.5D结构(CoWoS, Foveros, SoIC)

Chiplet感知设计

Chiplet间电源分布结构

2029

Chiplet扩展期

2D(UCIe SR)+3D TSV混合

2.5D结构为中心

Chiplet基础设计自动化

Chiplet级DVFS

2033

Polylithic SoC

3D TSV+混合键合+光学I/O

Wafer on Wafer

AI辅助协同设计

DVFS高度优化

2037

通用设计/生产

光学I/O TSV+Si Bridge+MCM结构

Flexible substrate

Chiplet整合优化自动化

Chiplet间电源域分离

2040

OS-like芯片管理系统

电-光-量子接口融合

无Interposer完全3D垂直集成

多芯片动态映射系统

包装级电源共享

2. 互连技术演进

• UCIe基础短距离高通量传输结构

• 2D与3D TSV混合方式扩展

• 混合键合与光学I/O技术整合

• Si Bridge-MCM结构(硅桥连接芯片高速段，MCM基板连接周边低速电路)

• 电-光-量子信号融合的终极整合

• 2.5D结构(CoWoS, Foveros, SoIC)为中心

• Wafer-on-Wafer技术应用

• Flexible Substrate技术提升灵活性

• 无Interposer完全3D垂直集成

• Chiplet感知设计

• Chiplet基础设计自动化

• AI辅助协同设计

• Chiplet整合优化自动化

• 多芯片动态映射系统

• Chiplet间电源分布结构

• Chiplet级动态电压频率调节(DVFS)

• DVFS高度优化

• Chiplet间电源域分离

• 包装级电源共享

• 人工智能快速发展与硬件需求变化

• LLM(大型语言模型)推动GPU/NPU需求激增

• 从传统计算架构向PIM架构转变

• Transformer推理模式特点

• KV Cache技术原理与应用

• GEMV(General matrix vector multiplication)运算优势

• 内存带宽限制问题

• 从Von-Neumann架构到Non-von-Neumann架构

• PIM作为突破内存墙的解决方案

• 内存计算对AI硬件性能的影响

• 半导体有线连接技术持续演进的必然性

• Chiplet技术作为未来半导体系统架构的核心

• PIM技术在AI时代的重要性

• 2026年及以后半导体技术发展路线的总体展望