半导体进入3nm时代

在2020年时,三星曾宣布完成了3nm技术的开发,随着本次3nm制成的成功流片,也意味着最终量产的时间会越来越近。

自从英特尔在22纳米节点上首次采用FinFET架构以来,过去多年来FinFET架构一直是报道提的主流,不仅是英特尔。包括台积电等在内的半导体巨头都是采用的这一架构。

随着半导体制程由5nm迈向更加先进的制程,FinFET结构已经很难满足晶体管所需的电流驱动和静电控制能力,外界普遍认为,未来GAA架构将成为先进制程的主流。

三星宣布3nm成功流片

三星3nm制程流片进度是与新思科技合作,加速为GAA架构的生产流程提供高度优化参考方法。

因为三星基于GAA技术的3nm制程不同于台积电FinFET架构的3nm制程,所以三星需要新的设计和认证工具,故而采用了新思科技的Fusion Design Platform。

预计此流程使三星3nmGAA结构制程技术可用于高性能计算(HPC)、5G、移动和高端人工智能(AI)应用芯片生产。

GAA晶体管结构象征着制程技术进步的关键转换点,对保持下一波超大规模创新所需的策略至关重要。

新思科技与三星战略合作支持提供一流技术和解决方案,确保发展趋势延续,以及为半导体产业提供机会。

三星认为采用纳米线沟道设计不仅复杂,且付出的成本可能也大于收益。因此,三星设计了一种全新的GAA形式——MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多桥-通道场效应管),采用多层堆叠的纳米片来替代GAAFET中的纳米线。

这种纳米片设计已被研究机构IMEC当作FinFET架构后续产品进行大量研究,并由IBM与三星和格罗方德合作发展。

根据三星的说法,与5nm制造工艺相比,3nmGAA技术的逻辑面积效率提高了35%以上,功耗降低了50%,性能提高了约30%。

三星早在2019年就公布了3nmGAA工艺的PDK物理设计套件标准,这次3nm芯片流片是跟Synopsys合作完成的,双方联合验证了该工艺的设计、生产流程,是3nmGAA工艺的里程碑。

三星动作让台积电措手不及

台积电需要到明年下半年才能进入到3nm的量产阶段,流片时间估计也要等到明年。然而,三星也抢先一步实现了3nm的流片工作。

根据三星传来的消息可知,3nm制程芯片采用GAA架构,性能比台积电的FinFET架构更为出色。

这说明在同等工艺制程上,三星的3nm芯片性能比台积电还要好。完成流片后,三星也临近3nm芯片的量产了。

估计台积电对此也是始料未及,原本每一次都是台积电领先,结果三星异军突起,带来了3nm流片成功的消息。

三星帮助高通代工骁龙888,这款芯片被广泛用于高端手机市场。芯片卖得越好,三星代工的利润也就越大。

如果后续3nm的客户还是高通,以高通在手机市场上的地位,绝对能给三星带来巨大市场份额。到时候台积电就要有一定的压力了。

台积电曾表示,其3nm芯片工艺已获得技术突破,有望在明年年底实现量产,并将优先向苹果等客户供货。

台积电拥有全球半数以上的芯片产能,更是一口气承诺在美新建6座芯片厂,自信和实力展现无遗。

如今看来,台积电的表态似乎过时过早,三星关于3nm芯片的消息,可能让台积电的计划泡汤。

台积电近期传来许多不好的消息,一是旗下的分工厂因某些问题而无法代工,让台积电损失了不少订单,二是美国突然将台积电拉入黑名单,打了台积电一个措手不及。

被美国拉入黑名单还不是最致命的,毕竟台积电能把在美国工厂撤回来;但如果三星3nm流片成功的话将进入量产阶段,这样意味着三星有可能在这里超车,成为首个能生产3nm芯片的代工厂商。

三星加大投入与台积电角逐先进制程

在全球芯片代加工领域,全球的芯片代加工订单大部分被他们两家瓜分,其余的芯片代加工厂只能争抢他们两剩下的订单,这两家也被称为全球半导体代工双雄。

一直以来,台积电和三星在先进的芯片制程工艺方面相互竞争,处于你追我赶的现状,一般而言,几乎都是台积电占据上风,三星紧随其后,差距并不是十分明显。

在今年的五月下旬,台积电方面透露,其3nm芯片的制程工艺研发进程迅速,预计今年下半年便可以进行试产,到了明年年末,就可以实现大规模的量产。

在性能测试中,GAA架构的晶体管有着更好的性能,优于台积电3nm工艺采用的FINFET架构,即使双方都掌握了3nm工艺芯片制造,三星3nm芯片要台积电3nm芯片更好,据了解,三星3nm芯片要比5nm芯片性能提升了30%,功耗降低了50%。

三星这次对于台积电的反超,这并非是偶然的,而是必然的,三星之前就透露过,韩国将在非存储芯片领域投资171万亿韩元,按汇率折合人民币约为9790亿元人民币,力争在2030年实现成为芯片强国的目标。

三星的十年目标能否实现?

三星已经在加快脚步了,虽然台积电在产能,市场份额都有领先优势,但三星并没有放弃追赶。目标是在未来十年内,超越台积电成为全球最大的芯片厂商。

对此,三星还将2030年之前的投资提升至1514亿美元,在非存储芯片领域加大投资力度。和台积电正面竞争,并一举超越台积电。

就目前三星的发展趋势来看,已经在某个技术领域威胁到台积电的地位了。如果三星能大幅度提升产能,并且稳定良率的话,或许会缩短和台积电市场份额的距离。

如果三星能在年底实现3nm芯片量产,那对台积电来说并不是什么好消息,只能寄托台积电的3nm芯片比三星更快量产,这样还能抢夺一下市场份额,不然有可能全球第一大芯片代工厂的位置就要给三星了。

结尾:

三星此次决定使用这种技术,就是在做一场豪赌,如果赌输了,那么三星很有可能会提去带台积电成为全球第一大芯片代工厂。

但如果赌输了,那么三星想要超越台积电的目标,可能就会更远了。

而如今三星如愿实现了这种3纳米芯片的流片,在很大程度上就意味着三星已经完成了弯道超车的梦想,当然这仅仅只限于3纳米芯片之上。

至于接下来台积电就尽会做出什么样的行动,我们拭目以待吧。

部分资料参考:芯智讯:《抢先台积电,三星3nmGAA工艺成功流片!到底什么是GAA?》,人工智能学家:《重磅!三星宣布3nm成功流片!》