前言:

近日,三星對(duì)宣布其基于GAA技術(shù)的3nm制程成已成功流片(Tape Out)。

隨著此次三星3nmGAA制程的成功流片,則意味著距離三星3nmGAA工藝的量產(chǎn)又近了一步。根據(jù)三星此前的預(yù)計(jì),可能會(huì)在2022年量產(chǎn)。

作者 | 方文

圖片來源 |  網(wǎng) 絡(luò)

半導(dǎo)體進(jìn)入3nm時(shí)代

在2020年時(shí),三星曾宣布完成了3nm技術(shù)的開發(fā),隨著本次3nm制成的成功流片,也意味著最終量產(chǎn)的時(shí)間會(huì)越來越近。

自從英特爾在22納米節(jié)點(diǎn)上首次采用FinFET架構(gòu)以來,過去多年來FinFET架構(gòu)一直是報(bào)道提的主流,不僅是英特爾。包括臺(tái)積電等在內(nèi)的半導(dǎo)體巨頭都是采用的這一架構(gòu)。

隨著半導(dǎo)體制程由5nm邁向更加先進(jìn)的制程,FinFET結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難滿足晶體管所需的電流驅(qū)動(dòng)和靜電控制能力,外界普遍認(rèn)為,未來GAA架構(gòu)將成為先進(jìn)制程的主流。

三星宣布3nm成功流片

三星3nm制程流片進(jìn)度是與新思科技合作,加速為GAA架構(gòu)的生產(chǎn)流程提供高度優(yōu)化參考方法。

因?yàn)槿�星基于GAA技術(shù)的3nm制程不同于臺(tái)積電FinFET架構(gòu)的3nm制程,所以三星需要新的設(shè)計(jì)和認(rèn)證工具,故而采用了新思科技的Fusion Design Platform。

預(yù)計(jì)此流程使三星3nmGAA結(jié)構(gòu)制程技術(shù)可用于高性能計(jì)算(HPC)、5G、移動(dòng)和高端人工智能(AI)應(yīng)用芯片生產(chǎn)。

GAA晶體管結(jié)構(gòu)象征著制程技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換點(diǎn),對(duì)保持下一波超大規(guī)模創(chuàng)新所需的策略至關(guān)重要。

新思科技與三星戰(zhàn)略合作支持提供一流技術(shù)和解決方案,確保發(fā)展趨勢(shì)延續(xù),以及為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供機(jī)會(huì)。

三星認(rèn)為采用納米線溝道設(shè)計(jì)不僅復(fù)雜,且付出的成本可能也大于收益。因此,三星設(shè)計(jì)了一種全新的GAA形式——MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多橋-通道場(chǎng)效應(yīng)管),采用多層堆疊的納米片來替代GAAFET中的納米線。

這種納米片設(shè)計(jì)已被研究機(jī)構(gòu)IMEC當(dāng)作FinFET架構(gòu)后續(xù)產(chǎn)品進(jìn)行大量研究,并由IBM與三星和格羅方德合作發(fā)展。

根據(jù)三星的說法,與5nm制造工藝相比,3nmGAA技術(shù)的邏輯面積效率提高了35%以上,功耗降低了50%,性能提高了約30%。

三星早在2019年就公布了3nmGAA工藝的PDK物理設(shè)計(jì)套件標(biāo)準(zhǔn),這次3nm芯片流片是跟Synopsys合作完成的,雙方聯(lián)合驗(yàn)證了該工藝的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)流程,是3nmGAA工藝的里程碑。

三星動(dòng)作讓臺(tái)積電措手不及

臺(tái)積電需要到明年下半年才能進(jìn)入到3nm的量產(chǎn)階段,流片時(shí)間估計(jì)也要等到明年。然而,三星也搶先一步實(shí)現(xiàn)了3nm的流片工作。

根據(jù)三星傳來的消息可知,3nm制程芯片采用GAA架構(gòu),性能比臺(tái)積電的FinFET架構(gòu)更為出色。

這說明在同等工藝制程上,三星的3nm芯片性能比臺(tái)積電還要好。完成流片后,三星也臨近3nm芯片的量產(chǎn)了。

估計(jì)臺(tái)積電對(duì)此也是始料未及,原本每一次都是臺(tái)積電領(lǐng)先,結(jié)果三星異軍突起,帶來了3nm流片成功的消息。

三星幫助高通代工驍龍888,這款芯片被廣泛用于高端手機(jī)市場(chǎng)。芯片賣得越好,三星代工的利潤(rùn)也就越大。

如果后續(xù)3nm的客戶還是高通,以高通在手機(jī)市場(chǎng)上的地位,絕對(duì)能給三星帶來巨大市場(chǎng)份額。到時(shí)候臺(tái)積電就要有一定的壓力了。

臺(tái)積電曾表示,其3nm芯片工藝已獲得技術(shù)突破,有望在明年年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),并將優(yōu)先向蘋果等客戶供貨。

臺(tái)積電擁有全球半數(shù)以上的芯片產(chǎn)能,更是一口氣承諾在美新建6座芯片廠,自信和實(shí)力展現(xiàn)無遺。

如今看來,臺(tái)積電的表態(tài)似乎過時(shí)過早,三星關(guān)于3nm芯片的消息,可能讓臺(tái)積電的計(jì)劃泡湯。

臺(tái)積電近期傳來許多不好的消息,一是旗下的分工廠因某些問題而無法代工,讓臺(tái)積電損失了不少訂單,二是美國(guó)突然將臺(tái)積電拉入黑名單,打了臺(tái)積電一個(gè)措手不及。

被美國(guó)拉入黑名單還不是最致命的,畢竟臺(tái)積電能把在美國(guó)工廠撤回來;但如果三星3nm流片成功的話將進(jìn)入量產(chǎn)階段,這樣意味著三星有可能在這里超車,成為首個(gè)能生產(chǎn)3nm芯片的代工廠商。

三星加大投入與臺(tái)積電角逐先進(jìn)制程

在全球芯片代加工領(lǐng)域,全球的芯片代加工訂單大部分被他們兩家瓜分,其余的芯片代加工廠只能爭(zhēng)搶他們兩剩下的訂單,這兩家也被稱為全球半導(dǎo)體代工雙雄。

一直以來,臺(tái)積電和三星在先進(jìn)的芯片制程工藝方面相互競(jìng)爭(zhēng),處于你追我趕的現(xiàn)狀,一般而言,幾乎都是臺(tái)積電占據(jù)上風(fēng),三星緊隨其后,差距并不是十分明顯。

在今年的五月下旬,臺(tái)積電方面透露,其3nm芯片的制程工藝研發(fā)進(jìn)程迅速,預(yù)計(jì)今年下半年便可以進(jìn)行試產(chǎn),到了明年年末,就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。

在性能測(cè)試中,GAA架構(gòu)的晶體管有著更好的性能,優(yōu)于臺(tái)積電3nm工藝采用的FINFET架構(gòu),即使雙方都掌握了3nm工藝芯片制造,三星3nm芯片要臺(tái)積電3nm芯片更好,據(jù)了解,三星3nm芯片要比5nm芯片性能提升了30%,功耗降低了50%。

三星這次對(duì)于臺(tái)積電的反超,這并非是偶然的,而是必然的,三星之前就透露過,韓國(guó)將在非存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域投資171萬億韓元,按匯率折合人民幣約為9790億元人民幣,力爭(zhēng)在2030年實(shí)現(xiàn)成為芯片強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)。

三星的十年目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)?

三星已經(jīng)在加快腳步了,雖然臺(tái)積電在產(chǎn)能,市場(chǎng)份額都有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),但三星并沒有放棄追趕。目標(biāo)是在未來十年內(nèi),超越臺(tái)積電成為全球最大的芯片廠商。

對(duì)此,三星還將2030年之前的投資提升至1514億美元,在非存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域加大投資力度。和臺(tái)積電正面競(jìng)爭(zhēng),并一舉超越臺(tái)積電。

就目前三星的發(fā)展趨勢(shì)來看,已經(jīng)在某個(gè)技術(shù)領(lǐng)域威脅到臺(tái)積電的地位了。如果三星能大幅度提升產(chǎn)能,并且穩(wěn)定良率的話,或許會(huì)縮短和臺(tái)積電市場(chǎng)份額的距離。

如果三星能在年底實(shí)現(xiàn)3nm芯片量產(chǎn),那對(duì)臺(tái)積電來說并不是什么好消息,只能寄托臺(tái)積電的3nm芯片比三星更快量產(chǎn),這樣還能搶奪一下市場(chǎng)份額,不然有可能全球第一大芯片代工廠的位置就要給三星了。

結(jié)尾:

三星此次決定使用這種技術(shù),就是在做一場(chǎng)豪賭,如果賭輸了,那么三星很有可能會(huì)提去帶臺(tái)積電成為全球第一大芯片代工廠。

但如果賭輸了,那么三星想要超越臺(tái)積電的目標(biāo),可能就會(huì)更遠(yuǎn)了。

而如今三星如愿實(shí)現(xiàn)了這種3納米芯片的流片,在很大程度上就意味著三星已經(jīng)完成了彎道超車的夢(mèng)想,當(dāng)然這僅僅只限于3納米芯片之上。

至于接下來臺(tái)積電就盡會(huì)做出什么樣的行動(dòng),我們拭目以待吧。

部分資料參考:芯智訊:《搶先臺(tái)積電,三星3nmGAA工藝成功流片!到底什么是GAA?》,人工智能學(xué)家:《重磅!三星宣布3nm成功流片!》