半導體進入3nm時代

在2020年時,三星曾宣布完成了3nm技術的開發,隨著本次3nm制成的成功流片,也意味著最終量產的時間會越來越近。

自從英特爾在22納米節點上首次采用FinFET架構以來,過去多年來FinFET架構一直是報道提的主流,不僅是英特爾。包括臺積電等在內的半導體巨頭都是采用的這一架構。

隨著半導體制程由5nm邁向更加先進的制程,FinFET結構已經很難滿足晶體管所需的電流驅動和靜電控制能力,外界普遍認為,未來GAA架構將成為先進制程的主流。

三星宣布3nm成功流片

三星3nm制程流片進度是與新思科技合作,加速為GAA架構的生產流程提供高度優化參考方法。

因為三星基于GAA技術的3nm制程不同于臺積電FinFET架構的3nm制程,所以三星需要新的設計和認證工具,故而采用了新思科技的Fusion Design Platform。

預計此流程使三星3nmGAA結構制程技術可用于高性能計算(HPC)、5G、移動和高端人工智能(AI)應用芯片生產。

GAA晶體管結構象征著制程技術進步的關鍵轉換點,對保持下一波超大規模創新所需的策略至關重要。

新思科技與三星戰略合作支持提供一流技術和解決方案,確保發展趨勢延續,以及為半導體產業提供機會。

三星認為采用納米線溝道設計不僅復雜,且付出的成本可能也大于收益。因此,三星設計了一種全新的GAA形式——MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多橋-通道場效應管),采用多層堆疊的納米片來替代GAAFET中的納米線。

這種納米片設計已被研究機構IMEC當作FinFET架構后續產品進行大量研究,并由IBM與三星和格羅方德合作發展。

根據三星的說法,與5nm制造工藝相比,3nmGAA技術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物理設計套件標準,這次3nm芯片流片是跟Synopsys合作完成的,雙方聯合驗證了該工藝的設計、生產流程,是3nmGAA工藝的里程碑。

三星動作讓臺積電措手不及

臺積電需要到明年下半年才能進入到3nm的量產階段,流片時間估計也要等到明年。然而,三星也搶先一步實現了3nm的流片工作。

根據三星傳來的消息可知,3nm制程芯片采用GAA架構,性能比臺積電的FinFET架構更為出色。

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

估計臺積電對此也是始料未及,原本每一次都是臺積電領先,結果三星異軍突起,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市場。芯片賣得越好,三星代工的利潤也就越大。

如果后續3nm的客戶還是高通,以高通在手機市場上的地位,絕對能給三星帶來巨大市場份額。到時候臺積電就要有一定的壓力了。

臺積電曾表示,其3nm芯片工藝已獲得技術突破,有望在明年年底實現量產,并將優先向蘋果等客戶供貨。

臺積電擁有全球半數以上的芯片產能,更是一口氣承諾在美新建6座芯片廠,自信和實力展現無遺。

如今看來,臺積電的表態似乎過時過早,三星關于3nm芯片的消息,可能讓臺積電的計劃泡湯。

臺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,讓臺積電損失了不少訂單,二是美國突然將臺積電拉入黑名單,打了臺積電一個措手不及。

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

三星加大投入與臺積電角逐先進制程

在全球芯片代加工領域,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搶他們兩剩下的訂單,這兩家也被稱為全球半導體代工雙雄。

一直以來,臺積電和三星在先進的芯片制程工藝方面相互競爭,處于你追我趕的現狀,一般而言,幾乎都是臺積電占據上風,三星緊隨其后,差距并不是十分明顯。

在今年的五月下旬,臺積電方面透露,其3nm芯片的制程工藝研發進程迅速,預計今年下半年便可以進行試產,到了明年年末,就可以實現大規模的量產。

在性能測試中,GAA架構的晶體管有著更好的性能,優于臺積電3nm工藝采用的FINFET架構,即使雙方都掌握了3nm工藝芯片制造,三星3nm芯片要臺積電3nm芯片更好,據了解,三星3nm芯片要比5nm芯片性能提升了30%,功耗降低了50%。

三星這次對于臺積電的反超,這并非是偶然的,而是必然的,三星之前就透露過,韓國將在非存儲芯片領域投資171萬億韓元,按匯率折合人民幣約為9790億元人民幣,力爭在2030年實現成為芯片強國的目標。

三星的十年目標能否實現?

三星已經在加快腳步了,雖然臺積電在產能,市場份額都有領先優勢,但三星并沒有放棄追趕。目標是在未來十年內,超越臺積電成為全球最大的芯片廠商。

對此,三星還將2030年之前的投資提升至1514億美元,在非存儲芯片領域加大投資力度。和臺積電正面競爭,并一舉超越臺積電。

就目前三星的發展趨勢來看,已經在某個技術領域威脅到臺積電的地位了。如果三星能大幅度提升產能,并且穩定良率的話,或許會縮短和臺積電市場份額的距離。

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

結尾:

三星此次決定使用這種技術,就是在做一場豪賭,如果賭輸了,那么三星很有可能會提去帶臺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積電的目標,可能就會更遠了。

而如今三星如愿實現了這種3納米芯片的流片,在很大程度上就意味著三星已經完成了彎道超車的夢想,當然這僅僅只限于3納米芯片之上。

至于接下來臺積電就盡會做出什么樣的行動,我們拭目以待吧。

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