三星3nmGAA工藝橫空出世，未來要成為全球芯片代工的第一名

三星在2017年前，在芯片代工領(lǐng)域，其實(shí)是排第四名的，臺(tái)積電、格芯、聯(lián)電都比三星強(qiáng)。后來三星在2017年時(shí)提了一個(gè)目標(biāo)，那就是要超過格芯、聯(lián)電、臺(tái)積電，未來要成為全球芯片代工的第一名。在2018年時(shí)，三星成功地超過了格芯、聯(lián)電，排名全球第二，然后三星的目標(biāo)只有一個(gè)，那就是超過臺(tái)積電。但時(shí)至今日，三星與臺(tái)積電的差距還是相當(dāng)大的，按照2021Q4的數(shù)據(jù)，臺(tái)積電的份額為53%，而三星只有17%，臺(tái)積電份額約為三星的3倍。事實(shí)上，三星這幾年一直在努力，特別是在5nm、4nm時(shí)更是鉚足了勁，還拉攏了高通，意欲與臺(tái)積電爭(zhēng)霸一下。

不過，或許因?yàn)槿翘庇诔晒α?，所以?nm時(shí)陷入了良率困境，按照媒體的說法，三星4nm良率僅為35%，而臺(tái)積電可達(dá)到70%，是三星的兩倍。而良率低會(huì)造成什么樣的后果?那就是產(chǎn)能太低，成本過高，35%的率良，意味著生產(chǎn)100塊晶圓，其中只有35塊是正常的，另外的65塊用不得。所以三星晶圓代工的主要客戶正在流失，比如高通，就決定將驍龍8 Gen1訂單轉(zhuǎn)向臺(tái)積電生產(chǎn)，后續(xù)3nm芯片也全量委托給臺(tái)積電。

對(duì)于三星而言，目前GAA技術(shù)的3nm工藝，成為了三星翻身的機(jī)會(huì)了，如果GAA工藝的3nm表現(xiàn)不給力，那么三星將很難超直臺(tái)積電，如果GAA工藝表現(xiàn)給力，那還是有機(jī)會(huì)的。GAA技術(shù)真的這么大的魅力?還真的有，詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)，我多說，我只簡(jiǎn)單地講一下，大家就會(huì)明白了。所有的芯片，都要進(jìn)行通電，然后進(jìn)行運(yùn)算，而芯片由幾十上百億晶體管構(gòu)成，而耗電分為兩個(gè)部分。

一部分是運(yùn)算本身產(chǎn)生的耗電，叫動(dòng)態(tài)功耗。另外一部分則是CMOS晶體管各種泄露電流產(chǎn)生的靜態(tài)功耗(又稱漏電流功耗)。別小看了漏電，在芯片中，這個(gè)漏電功耗其實(shí)比動(dòng)態(tài)功耗更大。而GAA技術(shù)，相比于之前的FinFET技術(shù)，加到晶體管上的電壓變小，這樣導(dǎo)致漏電功率也變小。而功耗變小后，這樣芯片的發(fā)熱會(huì)變得更小，芯片的效率更高，性能更棒。

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)。

不過從技術(shù)上來看，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)韓國媒體報(bào)道，三星已經(jīng)準(zhǔn)備好在韓國平澤市的 P3 工廠開工建設(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)上來說確實(shí)要優(yōu)于臺(tái)積電 3nm FinFET 工藝。

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 萬至 3.7 萬項(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)問題。

IT之家了解到，三星旗下 Galaxy 設(shè)備被黑客攻破，近 200GB 數(shù)據(jù)信息泄露，涉及合作伙伴高通機(jī)密數(shù)據(jù)，數(shù)億名 Galaxy 設(shè)備用戶正在面臨著新的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，引起業(yè)界關(guān)注。

除此之外，韓國媒體此前還報(bào)道稱，三星高管可能在試產(chǎn)階段捏造了其 5nm 以下工藝的芯片良率，以抬高三星代工業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨后，三星啟動(dòng)了對(duì)原本計(jì)劃擴(kuò)大產(chǎn)能和保證良率的資金下落的調(diào)查，進(jìn)一步了解半導(dǎo)體代工廠產(chǎn)量和良率情況。

據(jù)三星內(nèi)部官員透露，“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。