全球已量產(chǎn)的最先進(jìn)半導(dǎo)體工藝是5nm，三星GAA工藝直指3nm芯片

三星電子代工部門最近深陷負(fù)面?zhèn)髀勚?。先是有消息稱涉嫌偽造并虛報(bào) 5nm、4nm 和 3nm 工藝良率，讓高通等 VIP 客戶不得不另投臺(tái)積電，近日又被黑客竊走 200GB 數(shù)據(jù)。

不過(guò)從技術(shù)上來(lái)看，三星依然是唯一一家能夠緊跟臺(tái)積電的晶圓代工廠，而且三星在接下來(lái)的 3nm 節(jié)點(diǎn)上將更加激進(jìn)，并想要在全球首次推出 GAA 晶體管工藝，放棄 FinFET 晶體管工藝(臺(tái)積電 3nm 工藝仍將基于 FinFET 工藝)。

三星正計(jì)劃在 2022 年上半年完成其 3nm GAA 工藝的質(zhì)量評(píng)估。據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，三星已經(jīng)準(zhǔn)備好在韓國(guó)平澤市的 P3 工廠開(kāi)工建設(shè) 3nm 晶圓廠，計(jì)劃于 6、7 月份動(dòng)工，并及時(shí)導(dǎo)入設(shè)備。

根據(jù)三星的說(shuō)法，與 7nm 制造工藝相比，3nm GAA 技術(shù)的邏輯面積效率提高了 45% 以上，功耗降低了 50%，性能提高了約 35%，紙面參數(shù)上來(lái)說(shuō)卻是要優(yōu)于臺(tái)積電 3nm FinFET 工藝。

近兩年由三星代工的高通旗艦芯片性能方面表現(xiàn)不佳，讓用戶把矛頭直指 FinFET 晶體管工藝，現(xiàn)如今，三星宣布首發(fā) GAA 晶體管工藝，主要用于即將來(lái)到的 3nm 芯片。

三星代工是三星的代工芯片制造業(yè)務(wù)部門，此前有消息稱其目前正在與客戶一起進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)的質(zhì)量測(cè)試。該業(yè)務(wù)部門的目標(biāo)是擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電，在 3nm GAA 領(lǐng)域獲得“世界第一”的稱號(hào)。然而三星能否在 3nm 的性能和產(chǎn)能上滿足客戶的要求還有待觀察。

韓國(guó)遠(yuǎn)大證券的數(shù)據(jù)顯示，截至 2020 年，三星 Foundry 擁有的專利僅為 7000- 10000 項(xiàng)，而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電已獲得約 3.5 萬(wàn)至 3.7 萬(wàn)項(xiàng)專利。因此，業(yè)界認(rèn)為三星認(rèn)為缺乏 3nm 相關(guān)專利，這可能是個(gè)問(wèn)題。

三星此次主張激進(jìn)打法，率先使用 GAA 晶體管工藝代替已有的 FinFET 晶體管工藝，主要還是因?yàn)樵?7nm 、5nm 及 4nm 上表現(xiàn)落后，早前還有消息稱部分員工涉嫌偽造和虛報(bào)5nm、4nm、3nm工藝制程的良品率，以至于高通將會(huì)在 8 Gen 1 Plus 上就提前更換為臺(tái)積電代工，不難看出三星的窘?jīng)r。

GAA 是一種新型的環(huán)繞柵極晶體管，利用 GAA 結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更好的柵控能力和漏電控制，同時(shí)由于生產(chǎn)技術(shù)與 FinFET 基本相差無(wú)幾，在成本控制上也會(huì)有優(yōu)勢(shì)，這也是為何三星急于研發(fā) GAA 而幾乎放棄對(duì) FinFET 晶體管工藝進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)報(bào)道，三星已經(jīng)做好在韓國(guó)平澤市的P3工廠開(kāi)工建設(shè) 3nm 晶圓廠的準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)今年6、7月份動(dòng)工，并同時(shí)導(dǎo)入設(shè)備。

據(jù)當(dāng)時(shí)一位熟悉三星電子內(nèi)部情況的官員對(duì)外透露，“由于晶圓代工廠交付的數(shù)量難以滿足代工訂單需求，公司對(duì)非內(nèi)存工藝的良率表示懷疑，事實(shí)上基于該良率是可以滿足訂單交付的?！绷碛袠I(yè)內(nèi)人士透露，在三星為高通生產(chǎn)的驍龍4nm制程芯片中，良品率僅為35%，并且三星自研的4nm制程SoC獵戶座2200的良率更低。以致于高通這樣的VIP客戶都要出走，重新使用臺(tái)積電生產(chǎn)驍龍8處理器。

不過(guò)從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，三星現(xiàn)在依然是唯一能緊追臺(tái)積電的晶圓代工廠，雖然在7nm、5nm及4nm節(jié)點(diǎn)上落后了一些，但在接下來(lái)的3nm節(jié)點(diǎn)三星更激進(jìn)，要全球首發(fā)GAA晶體管工藝(Gate-all-around)，放棄FinFET晶體管技術(shù)，而臺(tái)積電的3nm工藝依然會(huì)基于FinFET工藝。

三星之前表示，GAA是一種新型的環(huán)繞柵極晶體管，通過(guò)使用納米片設(shè)備制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場(chǎng)效應(yīng)管)，該技術(shù)可以顯著增強(qiáng)晶體管性能，主要取代FinFET晶體管技術(shù)。

根據(jù)三星的說(shuō)法，與7nm制造工藝相比，3nm GAA技術(shù)的邏輯面積效率提高了45%以上，功耗降低了50%，性能提高了約35%，紙面參數(shù)上來(lái)說(shuō)卻是要優(yōu)于臺(tái)積電3nm FinFET工藝。

目前全球已量產(chǎn)的最先進(jìn)半導(dǎo)體工藝是5nm，臺(tái)積電此前表示，2022年下半年將量產(chǎn)3nm工藝，不過(guò)在3nm節(jié)點(diǎn)臺(tái)積電依然選擇FinFET晶體管技術(shù)，而三星則選擇了GAA(Gate-all-around)技術(shù)。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)。

據(jù)外媒報(bào)導(dǎo)，三星3nm制程流片進(jìn)度是與新思科技(Synopsys)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腔贕AA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。

針對(duì)三星3nm GAA制程技術(shù)的物理設(shè)計(jì)套件(PDK)已在2019 年5 月發(fā)表，并2020 年通過(guò)制程技術(shù)認(rèn)證。預(yù)計(jì)此流程使三星3nm GAA 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)。

三星代工設(shè)計(jì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)副總裁Sangyun Kim 表示，三星代工技術(shù)是推動(dòng)下一階段產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的核心。三星將藉由不斷發(fā)展技術(shù)制程，滿足專業(yè)和廣泛市場(chǎng)增長(zhǎng)的需求。三星電子最新且先進(jìn)的3nm GAA 制程技術(shù)，受惠于與新思科技合作，F(xiàn)usion Design Platform 加速準(zhǔn)備，有效達(dá)成3nm制程技術(shù)承諾，證明關(guān)鍵聯(lián)盟的重要性和優(yōu)點(diǎn)。

新思科技數(shù)位設(shè)計(jì)部總經(jīng)理Shankar Krishnamoorthy 也表示，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)。