《電子技術(shù)應(yīng)用》
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3nm先發(fā)優(yōu)勢能讓三星超越臺積電嗎?

2022-07-01
來源: TechSugar
關(guān)鍵詞: 三星電子 3nm芯片

  三星電子官宣,,基于3nm全環(huán)繞柵極(Gate-All-Around,,簡稱 GAA)制程工藝節(jié)點的芯片已經(jīng)開始于韓國華城工廠初步生產(chǎn)。這也意味著,,三星搶先臺積電成為全球首家實現(xiàn)3nm芯片量產(chǎn)的公司,,以先發(fā)優(yōu)勢率先拿下3nm芯片市場。

  三星電子表示,,其3nm芯片在全球范圍內(nèi)首次采用了MBCFET(Multi-Bridge-Channel,,多橋通道晶體管)技術(shù),突破了FinFET技術(shù)的性能限制,。該技術(shù)基于GAA晶體管架構(gòu),,通過降低工作電壓水平并增加驅(qū)動電流,有效提高了芯片性能及能耗比,。

  相較于三星5nm工藝而言,,采用GAA晶體管的3nm工藝,在性能上提高了23%,,功耗降低了45%,,芯片面積減少16%。除了應(yīng)用于高性能,、低功耗計算領(lǐng)域,,三星電子還計劃將3nm工藝擴(kuò)展至移動處理器領(lǐng)域。

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  三星電子高管展示3nm半導(dǎo)體晶圓(圖源:三星電子)

  搶占3nm先發(fā)優(yōu)勢,,或已有客戶導(dǎo)入

  超越臺積電,、成為全球代工市場龍頭,是三星一直以來的目標(biāo),。在先進(jìn)制程的演進(jìn)過程中,,臺積電始終領(lǐng)先三星一步,搶占更多市場資源,。

  為了趕超臺積電,,三星不斷加大資本支出,2021年三星芯片業(yè)務(wù)資本支出超過360億美元,,超越臺積電同年度的投資規(guī)模,。而在先進(jìn)制程的研發(fā)方面,三星的戰(zhàn)略布局也略顯激進(jìn),。

  早在2019年,三星便將3nm工藝節(jié)點納入其半導(dǎo)體路線圖中,,并計劃于2021年提供首批樣品,,2022年正式量產(chǎn)。而在去年7月,,在2021年國產(chǎn)IP與定制芯片生產(chǎn)大會上,,三星電子公開了下一代芯片代工制程規(guī)劃,,即3nm制程將于2023年投產(chǎn)。

  對此,,三星回應(yīng)稱,,三星3nm工藝節(jié)點將分為3GAE和3GAP兩個版本,前者將于2022年如期量產(chǎn),,后者將于2023年大規(guī)模量產(chǎn),。

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  圖源:IC Insights

  今年早些時候,三星被曝出“良率造假”,,正深入調(diào)查資金流向及產(chǎn)量報告等問題,,重點關(guān)注5nm至3nm良率。受此影響,,三星晶圓代工的主要客戶正在流失,,高通、英偉達(dá)等客戶紛紛轉(zhuǎn)單臺積電,。

  在7nm與5nm節(jié)點上的落后,,讓三星對3nm工藝制程寄予厚望。此次,,三星率先宣布3nm生產(chǎn)計劃,,一定程度上搶占了3nm芯片市場先發(fā)優(yōu)勢,這也是三星超越臺積電的一次重大押注,。

  據(jù)韓媒TheElec 28日報道,,三星電子3nm工藝將于本周開始試生產(chǎn),中國比特幣挖礦芯片公司PanSemi(上海磐矽半導(dǎo)體)或為首批客戶,,也有消息稱高通也已預(yù)定3nm工藝芯片代工訂單,。

  3nm之爭,GAAFET還是FinFET,?

  回到工藝制程本身,,三星自3nm節(jié)點開始放棄了FinFET工藝,率先轉(zhuǎn)向了GAA晶體管工藝,。而從各家公布的路線來看,,臺積電在3nm工藝制程上仍然基于FinFET工藝,預(yù)計到2nm工藝節(jié)點才開始轉(zhuǎn)向GAA工藝,,而英特爾則計劃在Intel 20A工藝改用GAA晶體管(英特爾稱RibbonFET晶體管),。

  與傳統(tǒng)FinFET相比,GAAFET采用納米線溝道設(shè)計,,柵極可以完全包裹溝道外輪廓,,因而對溝道控制性更好。GAAFET晶體管擁有更好的靜電特性,,且能以更低的功耗實現(xiàn)更好的開關(guān)效果,。

  根據(jù)源極與漏極間通道的長寬比不同,,GAAFET晶體管又分為納米線結(jié)構(gòu)和納米片結(jié)構(gòu)。三星3nm工藝采用了后一種多層堆疊納米片的GAA結(jié)構(gòu),,并將其定義為MBCFET,。

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  三星晶體管結(jié)構(gòu)路線圖(圖源:三星電子)

  三星3nm MBCFET技術(shù)在設(shè)計上具有高度靈活性,可調(diào)整納米晶體管的通道寬度,,從而優(yōu)化功耗和性能,,滿足客戶多元需求。GAA技術(shù)的這種設(shè)計靈活性有助于設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化,,提高芯片功耗,、性能、面積(PPA)優(yōu)勢,。

  同時,,三星也提及3nm設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)的重要性。為此,,自2021年第三季度以來,,三星電子協(xié)同ANSYS、楷登電子,、西門子和新思科技等SAFE(三星先進(jìn)晶圓代工生態(tài)系統(tǒng))合作伙伴,,共同打造更穩(wěn)定的設(shè)計環(huán)境,幫助客戶減少設(shè)計,、驗證和批準(zhǔn)過程所需時間,,提供產(chǎn)品可靠性。

  先進(jìn)制程競爭白熱化

  隨著先進(jìn)工藝節(jié)點不斷演進(jìn),,芯片的性能,、功耗及成本越來越難以平衡,芯片制造難度也翻倍增長,。在三星3nm工藝制程宣布生產(chǎn)之后,,芯片制造領(lǐng)域市場的競爭將趨于白熱化。預(yù)計臺積電與英特爾將會加速先進(jìn)制程的研發(fā)工作,,進(jìn)一步加大投資與產(chǎn)能建設(shè),,以搶奪市場領(lǐng)先優(yōu)勢。

  在2nm工藝制程方面,,臺積電與三星也你爭我趕,,不肯落后一步。6月中旬,,據(jù)臺積電披露,,到2024年,臺積電將導(dǎo)入ASML高數(shù)值孔徑極紫外光刻機(jī),,用于生產(chǎn)GAAFET架構(gòu)的2nm芯片,,預(yù)計2025年開始量產(chǎn)。而Business Korea報告顯示,,三星也將于2025年大規(guī)模生產(chǎn)基于GAA的2nm芯片,。

  在3nm工藝制程上,三星以先發(fā)優(yōu)勢暫且領(lǐng)先臺積電,。顯然,,三星本次的官宣也將為其提振市場信心,彌補(bǔ)此前因良率問題造成的客戶信任危機(jī),。然而,,三星真正實現(xiàn)超越臺積電,還要看其3nm芯片實際的良率,、性能及功耗水平,。




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