三星成為全球首家量產(chǎn)3納米芯片的半導(dǎo)體晶圓代工廠，靠的是什么？

未來(lái)芯片將成為萬(wàn)物互聯(lián)重要的一環(huán)，但芯片的制造并非我們想象的那么簡(jiǎn)單，尤其是在高端芯片領(lǐng)域更是困難，不過(guò)在技術(shù)的突破下，三星和臺(tái)積電也接連完成了對(duì)3納米芯片的攻克。

雖然臺(tái)積電和三星完成了對(duì)3納米制程攻克，但他們采用的技術(shù)架構(gòu)卻完全不同，首先是臺(tái)積電這邊，它仍然采用了FinFET架構(gòu)，三星這邊，采用了更加先進(jìn)的GAA晶體管架構(gòu)。

盡管三星采用了更加先進(jìn)的工藝，但三星的工藝制程仍然比不過(guò)臺(tái)積電的工藝制程。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前三星已經(jīng)開始積極搶奪3納米芯片的訂單。但果然不出所料，三星敗了，而臺(tái)積電穩(wěn)獲多家企業(yè)的訂單。

消息顯示，AMD、蘋果、聯(lián)發(fā)科、高通、英特爾等龍頭企業(yè)均已向臺(tái)積電下達(dá)了關(guān)于3納米芯片的訂單。而三星的3納米制程卻沒能吸引供應(yīng)商的訂單。

業(yè)內(nèi)人士表示，目前高通已被三星視為最有可能簽署3納米AGG工藝的客戶，如果三星拿下了高通的訂單，那么高通可能會(huì)選擇中低端芯片的簽訂，因?yàn)樵谥坝邢@示，高通已經(jīng)將高端制程的芯片轉(zhuǎn)移至了臺(tái)積電。

8月18日，臺(tái)積電副總監(jiān)陳芳在2022年世界半導(dǎo)體大會(huì)上表示，臺(tái)積電3納米芯片將在今年下半年量產(chǎn)，已經(jīng)對(duì)部分移動(dòng)和HPC(高性能計(jì)算)領(lǐng)域的客戶交付，如果有手機(jī)的客戶當(dāng)下采用3納米芯片，明年產(chǎn)品就能問(wèn)世。

在5納米芯片量產(chǎn)兩年后，芯片工藝推進(jìn)到又一個(gè)關(guān)鍵的工藝節(jié)點(diǎn)——3納米。三星和臺(tái)積電在3納米工藝上進(jìn)行激烈的賽跑，從時(shí)間上，三星領(lǐng)先一步，臺(tái)積電要晚幾個(gè)月時(shí)間。

今年6月30日，三星率先宣布量產(chǎn)3納米全環(huán)繞柵極(GAA)制程工藝借點(diǎn)，成為全球首家量產(chǎn)3納米芯片的半導(dǎo)體晶圓代工廠。

臺(tái)積電之前官方多次對(duì)外釋放的消息是，3納米將在今年下半年量產(chǎn)。今年6月份，臺(tái)積電在2022年北美技術(shù)論壇上披露，今年下半年量產(chǎn)的N3技術(shù)(3納米)，采用FinFET 技術(shù)。

因此說(shuō)，臺(tái)積電在3納米技術(shù)上延續(xù)使用多年的FinFET架構(gòu)，相對(duì)保守，而三星在3納米上更具冒險(xiǎn)性，選擇GAA工藝。GAA工藝被認(rèn)為改善了FinFET架構(gòu)某些不足，能提升芯片的功率以及效率。

臺(tái)積電在上述技術(shù)論壇上宣布3納米家族技術(shù)演進(jìn)規(guī)劃，2022-2025年陸續(xù)推出N3、N3E、N3P、N3X等制程，后續(xù)亦會(huì)推出優(yōu)化后的N3S制程，涵蓋智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子、高性能運(yùn)算等四大平臺(tái)應(yīng)用。

這也意味著臺(tái)積電3納米技術(shù)將獨(dú)吃2到3年，尤其是人工智能芯片和高性能運(yùn)算芯片，為臺(tái)積電帶來(lái)可觀的收入和利潤(rùn)。

三星表示，第一代3納米工藝采用GAA晶體管技術(shù)，大幅提升了效能。5納米FinFET工藝相比，第一代3納米工藝可使功耗降低45%，性能提升23%，芯片面積減少16%。三星計(jì)劃推出兩種3納米GAA工藝——3GAE和3GAP。

全球芯片代工兩大巨頭在3納米工藝量產(chǎn)后開始爭(zhēng)搶客戶。最新的消息顯示：盡管三星電子積極爭(zhēng)奪3納米芯片訂單，但臺(tái)積電繼續(xù)從蘋果和英特爾等供應(yīng)商那里獲得3納米芯片訂單承諾。

美國(guó)商務(wù)部上周五發(fā)布最終規(guī)定，對(duì)設(shè)計(jì)GAAFET(全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)集成電路所必須的EDA軟件;金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料;燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用的壓力增益燃燒(PGC)等四項(xiàng)技術(shù)實(shí)施新的出口管制。

相關(guān)禁令生效日期為2022年8月15日。

為什么是GAAFET EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)被業(yè)內(nèi)稱為“芯片之母”，而GAAFET技術(shù)被認(rèn)為是芯片制造工藝向3納米及更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)的基礎(chǔ)。

芯片產(chǎn)業(yè)可以分為設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)。我國(guó)在芯片封裝測(cè)試領(lǐng)域具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)電科技(600584)、通富微電(002156)、華天科技(002185)分別在全球排名第三名、第五名和第六名，并都實(shí)現(xiàn)了5納米產(chǎn)品的工藝和認(rèn)證。然而，我國(guó)芯片制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力較弱，大陸地區(qū)最先進(jìn)的工藝僅為14納米，與國(guó)際芯片巨頭還有較大差距。

相較而言，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)整體情況與世界領(lǐng)先水平差距不大。中國(guó)有大量的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，其中，華為海思2018年一度排名全球第五，紫光展銳、寒武紀(jì)等企業(yè)芯片設(shè)計(jì)水平也很不俗。

今年，多家廠商在芯片領(lǐng)域均獲得了非常重要的突破。

6月份，三星基于GAAFET技術(shù)的3納米制程工藝實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而臺(tái)積電在2納米制程工藝中也將引入GAAFET技術(shù)。也就是說(shuō)，未來(lái)芯片制程工藝技術(shù)與當(dāng)前主流技術(shù)存在本質(zhì)差異，芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到了一個(gè)全新的發(fā)展階段。GAAFET技術(shù)是參與全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈分工的基礎(chǔ)。

結(jié)合美國(guó)《2022年芯片與科學(xué)法案》阻礙先進(jìn)制程產(chǎn)能落地中國(guó)來(lái)看，美國(guó)商務(wù)部上周五發(fā)布的該項(xiàng)措施意在限制中國(guó)企業(yè)跟進(jìn)GAAFET技術(shù)，最終導(dǎo)致中國(guó)大陸芯片設(shè)計(jì)止步于3納米制程。

美國(guó)斷供工具軟件意味著什么

美國(guó)對(duì)中國(guó)企業(yè)和機(jī)構(gòu)斷供工具軟件有跡可循。

此前美國(guó)主要針對(duì)軍用或軍民兩用的工具軟件和技術(shù)進(jìn)行限制。而隨著2018年中美貿(mào)易摩擦加劇，民用領(lǐng)域的工具軟件斷供案例不斷增多。例如：2018年，中興被美國(guó)斷供包括EDA在內(nèi)的多種工具軟件;2019年，華為海思被美國(guó)斷供EDA;2020年，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)和高校被美國(guó)斷供MATLAB;今年年初，大疆被美國(guó)斷供Figma設(shè)計(jì)軟件。

值得注意的是，美國(guó)此前并未大規(guī)模斷供工具軟件，而主要采取精準(zhǔn)打擊的方式，此次斷供也是對(duì)特定對(duì)象(GAAFET技術(shù))進(jìn)行限制打擊。

這是因?yàn)橹忻乐g具有非常強(qiáng)的經(jīng)貿(mào)聯(lián)系和依存度，廣泛的工具軟件限制必然對(duì)全球制造業(yè)供應(yīng)鏈造成沖擊，對(duì)美國(guó)當(dāng)前岌岌可危的通脹壓力沒有半點(diǎn)好處;此外，大規(guī)模的EDA斷供會(huì)加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程和第三方產(chǎn)品替代，這不是美國(guó)希望看到的。

我國(guó)高度重視EDA等基礎(chǔ)性工具軟件

實(shí)際上，過(guò)去十幾年，我國(guó)一直高度重視包括EDA在內(nèi)的重要基礎(chǔ)性工具軟件。

2008年，《國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2006-2020)》開始實(shí)施，EDA被列入“01專項(xiàng)”(“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件”專項(xiàng))?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》也將EDA攻關(guān)置于集成電路科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)的首位。國(guó)產(chǎn)EDA得到前所未有的發(fā)展。