與兩年前相比,三星3nm今年的關注度明顯降低,有其自身原因,更多的可能還是技術市場的風雲變化。
最近,台積電終于公開承認了自己的3nm計劃,並表示四月份將會公布具體技術細節。終于,半導體制造業這場決定未來制程走向的關鍵一役——3nm技術之戰還是來了。
迄今爲止,在3nm制程上,業內只有兩家公司具有此競爭能力,一家是台積電,另一家是三星。
其實在台積電之前,三星早已公布了其3nm工藝細節,也一直在3nm上呈現領跑態勢。最近它剛剛宣布自己已經成功研制出首款3nm工藝芯片的消息,采用的技術正是此前盛傳的GAAFET技術,並表示其在技術完成度上獲得了遠超預期的表現。
可以說,從公布的消息來看,相較于台積電,三星要靠譜的多。但有些出乎意料的是,三星方面的消息傳出來後,反響平平,似乎也沒有受到太多關注。
三星3nm計劃到底存在什麽問題?
圖 | 三星晶圓代工業務市場副總Ryan Sanghyun Lee
可以說,正是因爲對3nm保持著長期而巨大的投入,三星才能將成果推進到今天的量産前夜。而正如當時做成存儲的決心和毅力,三星在代工業務上的堅持其實有些超乎意料。
在2015-2016年期間,三星曾一度奪走了台積電不少大客戶的訂單,實現了收入的大幅度增長。後來盡管因爲智能手機衰退和台積電先進制程而導致銷售額下降,跌落到了全球第四的排名。但是三星仍然沒有絲毫放棄的勢頭,2018年初,在韓國首爾舉辦的三星晶圓代工論壇上,三星方面就對外表示,目標就是先超聯電和格芯,再超台積電。
從最近2019年第四季度統計的排名我們可以看出來,三星延續了前三季度的優勢,以市占率17.8%穩穩當當地占據了僅次于台積電的第二位,而排在第三的格芯僅有8%。
有分析表示,這些年爲了與台積電在爭奪先進制程工藝市場話語權方面,三星下足了功夫——投資、獨立代工業務、挖人等。而取得現在的成果,三星代工技術能力和客戶認可度的提升功不可沒。
相比較來看,雖然在現有市場台積電的地位難以撼動,但是在3nm技術上,僅僅有造廠的消息傳出,官方一直沒有對外透露更多,其3nm計劃看起來更“虛無缥缈”。
3nm GAA攻堅戰
因此回到三星3nm不受關注問題上,我們很難不去重新審視一下技術。
三星采用的是3nm GAA。
此前比利時微電子研究中心曾發表研究報告公開表示,環繞式閘極(GAA)電晶體將是未來最有可能突破7 納米技術以下FinFET工藝的“候選人”。
GAA晶體管在通道的所有側面都有一個柵極,用于克服FinFET的物理縮放比例和性能限制,包括電源電壓。與現在的FinFET Tri-Gate三柵極設計相比,GAA技術因爲重新設計晶體管底層結構,克服了當前技術的物理、性能極限,增強柵極控制,性能大大提升。
在該技術方向下,主要有納米線、板片狀結構多路橋接鳍片、六角形截面納米線和納米環技術四大主流方向,三星采用的是MBCFET(Multi-Bridge Channel FET),即板片狀結構多路橋接鳍片。
三星認爲主流的納米線GAA技術溝道寬度較小,因此往往只能用于低功率設計,並且制造難度比較高,因此沒有采用這種方案。
據三星介紹,它在其PDK設計中提供了四種不同的方案,可以在一顆芯片的不同部分使用,也可以直接用于制造整顆芯片。在性能方面,它與5納米制造工藝相比,3納米GAA技術的邏輯面積效率提高了35%以上,功耗降低了50%,性能提高了約30%,優勢明顯。