最近,，臺(tái)積電終于公開承認(rèn)了自己的3nm計(jì)劃,。最終，半導(dǎo)體制造業(yè)這場(chǎng)決定未來制程走向的關(guān)鍵一役——3nm技術(shù)之戰(zhàn)還是來了,。

    3nm成為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵點(diǎn)

    三星的5nm工藝將作為其7nm LPP的改良面向市場(chǎng)推出,，而3nm工藝才被三星視為是能夠超越臺(tái)積電的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在該節(jié)點(diǎn)中,，三星將采用GAA MCFET（多橋通道FET）工藝,。為什么三星會(huì)將賭注押在3nm節(jié)點(diǎn)上？

    從三星和臺(tái)積電在過去三年的競(jìng)爭(zhēng)中看,，當(dāng)年三星將其代工業(yè)務(wù)獨(dú)立出來之時(shí),，也正值先進(jìn)工藝即將進(jìn)入10nm工藝階段。彼時(shí),，兩者均推出了10nm工藝的產(chǎn)品。但當(dāng)年三星10nm大客戶僅有高通,，不敵臺(tái)積電,。

    此后三星又在10nm上推出三種不同的改進(jìn)工藝，以試圖搶奪更多的訂單,。而臺(tái)積電則在推出10nm以后,，轉(zhuǎn)向了更具優(yōu)勢(shì)的7nm工藝,。7nm對(duì)于半導(dǎo)體制造工藝來說是非常重要的里程碑。2018年臺(tái)積電宣布其7nm開始量產(chǎn),，三星則是選擇在7nm上使用EUV,。同年，三星7nm EUV也宣布了量產(chǎn)計(jì)劃,，但因其7nm EUV工藝技術(shù)不夠成熟,，因而未能得到市場(chǎng)的認(rèn)可。在此期間,，華為海思,、高通、英特爾和聯(lián)發(fā)科等企業(yè)紛紛投入到臺(tái)積電的懷抱,。三星錯(cuò)失了搶奪7nm訂單的最佳時(shí)期,。

    但根據(jù)市場(chǎng)情況來看，7nm在如今的市場(chǎng)中仍然保持著活力,，三星7nm EUV技術(shù)也在去年得到了改善,。于是，三星憑借低價(jià)搶奪了原在臺(tái)積電手中的英偉達(dá)的訂單,。此外,，三星還從臺(tái)積電手中搶走了IBM Power系列處理器的訂單。但這并不足以支撐三星在7nm上超越臺(tái)積電,。所以,，三星只能放眼下一代先進(jìn)制程。

    雙雄劍指3nm

    三星已成功研發(fā)出首個(gè)基于GAAFET的3nm制程,，預(yù)計(jì)2022年開啟量產(chǎn),。與7nm工藝相比，3nm工藝可將核心面積減少45％,，功耗降低50％,，性能提升35％。

    按照三星的研發(fā)路線圖,，在6nm LPP之后,，還有5nm LPE、4nm LPE兩個(gè)節(jié)點(diǎn),，隨后進(jìn)入3nm節(jié)點(diǎn),，分為GAE（GAA Early）以及GAP（GAA Plus）兩代。去年5月,，三星的3nm GAE設(shè)計(jì)套件0．1版本已經(jīng)就緒,，以幫助客戶盡早啟動(dòng)3nm設(shè)計(jì)。三星預(yù)計(jì)該技術(shù)將在下一代手機(jī)、網(wǎng)絡(luò),、自動(dòng)駕駛,、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備中使用。

    以2022年量產(chǎn)為目標(biāo)的臺(tái)積電,，也在按計(jì)劃推進(jìn)3nm研發(fā),。臺(tái)積電相關(guān)人士表示，臺(tái)積電在3nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)開發(fā)進(jìn)展順利,，已經(jīng)與早期客戶進(jìn)行接觸,。臺(tái)積電投資6000億新臺(tái)幣（約合1380億元）的3nm寶山廠也于去年通過了用地申請(qǐng)，預(yù)計(jì)2020年動(dòng)工,，2022年量產(chǎn),。

    臺(tái)積電在7nm節(jié)點(diǎn)取得了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在5nm也進(jìn)展順利,，獲得了蘋果A14等訂單,。但三星并沒有放松追趕的腳步，計(jì)劃到2030年前在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)投資1160億美元（約合8000億元）,，以增強(qiáng)在非內(nèi)存芯片市場(chǎng)的實(shí)力,。臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀日前對(duì)媒體表示，臺(tái)積電與三星的戰(zhàn)爭(zhēng)還沒有結(jié)束,，臺(tái)積電只是贏得了一兩場(chǎng)戰(zhàn)役,，可整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)還沒有贏，目前臺(tái)積電暫時(shí)占優(yōu),。

    世界上最燒錢長(zhǎng)跑：芯片制程進(jìn)階之路

    什么是芯片制程,？制程用來描述芯片晶體管柵極寬度的大小，納米數(shù)字越小,，說明晶體管密度越大,，芯片性能就越高。

    例如,，臺(tái)積電7nm芯片的典型代表蘋果A13,、高通驍龍865和華為麒麟990，每平方毫米約有1億個(gè)晶體管,。隨后臺(tái)積電5nm,、3nm芯片進(jìn)一步將每平方毫米的晶體管數(shù)量進(jìn)一步提升至1．713億個(gè)、2．5億個(gè),。

    伴隨著制程的進(jìn)化,，5nm比7nm芯片性能提升15％，功耗降低30％,；3nm又比5nm芯片性能提升10－15％,，功耗降低25－30％,。

    由于各家對(duì)制程工藝的命名法則不同，相同納米制程下,，并不能對(duì)各廠商的制程技術(shù)進(jìn)展做直觀比較。比如英特爾10nm的晶體管密度與臺(tái)積電7nm,、三星7nm的晶體管密度相當(dāng),。

    從制程最新進(jìn)展來看，一邊是臺(tái)積電三星在5nm／3nm等先進(jìn)制程上你追我趕,，另一邊英特爾則韜光養(yǎng)晦循序漸進(jìn)地走向7nm,。

    5nm方面，臺(tái)積電已經(jīng)拿到蘋果和華為的旗艦手機(jī)芯片訂單,，下半年開啟量產(chǎn),，有望在其2020年?duì)I收占比達(dá)10％。

    三星在5nm制程則相對(duì)落后,，目前正加速韓國(guó)華城5nm生產(chǎn)工廠V1的建設(shè),，預(yù)計(jì)6月底前完成生產(chǎn)線建設(shè)，今年年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),。

    據(jù)外媒報(bào)道,，三星與谷歌正合作開發(fā)采用三星5nm LPE工藝的定制Exynos芯片組，將搭載于谷歌的Pixel智能手機(jī),、Chrome OS設(shè)備甚至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中,。

    3nm方面，臺(tái)積電3nm制程預(yù)計(jì)2021年開始試生產(chǎn),，并于2022年下半年開始量產(chǎn),。三星原計(jì)劃2021年大規(guī)模量產(chǎn)3nm工藝，但受當(dāng)前疫情影響,，不確定量產(chǎn)時(shí)間是否會(huì)推遲,。

    為什么挺進(jìn)先進(jìn)制程的玩家屈指可數(shù)呢？主要源于兩大門檻：資本和技術(shù),。

    制程工藝的研發(fā)和生產(chǎn)成本逐代上漲,。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，3nm芯片的設(shè)計(jì)費(fèi)用約達(dá)5－15億美元,，興建一條3nm產(chǎn)線的成本約為150－200億美元,。

    兩年前臺(tái)積電為3nm工藝計(jì)劃投資6000億新臺(tái)幣，折合近200億美元,。單是從資金數(shù)目來看,，很多中小型晶圓廠就玩不起。

    更高的研發(fā)和生產(chǎn)成本,，對(duì)應(yīng)的是更難的技術(shù)挑戰(zhàn),。

    每當(dāng)制程工藝逼近物理極限,，晶體管結(jié)構(gòu)、光刻,、沉積,、刻蝕、檢測(cè),、封裝等技術(shù)的創(chuàng)新與協(xié)同配合,，對(duì)芯片性能天花板的突破起到?jīng)Q定性作用。