GAA:晶圓時代3nm~2nm制程的最後掙紮
GAA全稱:Gate-All-Around,即環繞式柵極技術。
這項技術的誕生,旨在解決5nm以下*制程面臨的一系列極端難題。傳統FinFET工藝*在7nm制程以下,很難解決材料極限、漏電以及物理結構搭建等難題。業界傾向采用GAA技術作爲下一階段芯片制造工藝的解決方案。
*5nm以下節點有可能步進于:3nm、2nm、1.5nm等階段;
*FinFET即Fin Field-Effect Transistor,鳍式場效應晶體管(22nm~5nm)。
而在下一階段(最快2023年後),芯片制程達到5nm以下時,柵極距將繼續下探,屆時,FinFET工藝完全失效。
制程節點的每一次叠代,對芯片巨頭來說都是一次“大出血”
- 65nm:2400萬美元;
- 45/40nm:3900萬美元;
- 28nm:6290萬美元;
- 20nm:1.04億美元;
- 16/14nm:1.78億美元;
- 10nm:2.82億美元;
- 7nm:3.49億美元;
- 5nm:4.76億美元。
*注:僅爲設計研發成本,不包含光刻機、原材料、生産成本。
也許很多人會表示疑惑,對于像Intel、三星、台積電這樣的芯片制造工藝巨頭來說,區區幾億美元的“小錢”,算個啥?確實,這點錢對于這些行業巨頭,甚至對于本土企業來說都只是“小錢”。但是,材料極限、制程極限、技術極限仍是根本瓶頸。換句話說,這是一場“巧婦難爲無米之炊”的遊戲。
台積電的南京工廠(16~40nm非高級工藝)初期投入近200億元人民幣
另外,以台積電爲例。即將于2020年進入量産階段的5nm制程,依然是基于7nm FinFET工藝改良而來,生産設備基本維持前代標准不變。也就是說,進入3nm之後,研發成本、設備更新等等這筆賬目,又要重新來過一遍了。
但是!
大家不妨回憶一下,自上一輪FinFET技術將平價的22nm産品送入尋常百姓家之後,14nm、7nm的更新換代有多快?
除了Intel閉關鎖國堅守14nm多年以來,重要節點的制造工藝存續時間往往不超過4年,而且隨著移動端多核晶片的叠代加速,制造工藝換代速度不斷加快。以AMD的7nm銳龍處理器爲例,不到一年時間,7nm的改良版7nm+(EUV)就已登場。而隨後的5nm制程,也將在2020年推出成品(下圖)。
同樣的,3nm、2nm制程的産品生命周期,如果參照于7nm、5nm的曆史,恐怕也不會太長。畢竟,1nm之後的芯片曆程將有望完全改寫,碳基底材代替硅基底材之後,現有的IC制程經驗恐怕面臨重寫。與其花8~10億美元投入GAA技術用個三四年,還真不如一步到位把碳納米管搞點成績出來,更符合經濟效益。
GAA尚未定論,美國急于封鎖意欲何爲?
簡而言之:預防針+犬吠示威。
各主要芯片制造業巨頭,目前並未確定GAA技術爲3nm之後的唯一選擇。雖然三星、Intel乃至IBM、格羅方德都曾展示過各自的GAA類方案,但都未明確聲明這些方案將用于未來的量産階段。
項莊舞劍,意在沛公
雖然美國的西方盟友們,對中國的5G技術輸出表態不一,但這一來自東方的科技威懾,對傳統的美國科技霸權已造成了穿透傷害。5nm制程是今後一段時間5G芯片重要的工藝選擇,而5G之後的下一代通訊技術,勢必對芯片性能、制造工藝提出新的要求。美國提前對GAA技術展開封鎖,目的無外乎對中國下一代通訊技術所需的芯片制造方案,套上“緊箍咒”。
綜上所述,未來這4年的路還很長,技術層面出現革新、突破也未嘗不可,國際局面也不可能一成不變這麽僵持下去。美方希望靠一紙GAA技術封鎖,就斷了中國芯片行業發展的想法,能理解,然並卵。