文|芯東西 高歌
編輯|Panken
芯東西6月30日報道,今天上午,三星電子官宣,已開始量產(chǎn)基于GAA晶體管(Gate-All-Around FET,全環(huán)繞柵極)結(jié)構(gòu)的3nm芯片。
與5nm制程相比,3nm制程降低了45%的功耗,提升了23%的性能,并減小了16%的面積。三星電子正在位于首爾南部華城市的晶圓廠生產(chǎn)3nm芯片。
這是全球首次采用GAA晶體管結(jié)構(gòu)的芯片,標(biāo)志著芯片制造進入了新的時代。三星電子稱,其GAA晶體管芯片將應(yīng)用于高性能、低功耗計算領(lǐng)域,并計劃擴展到移動處理器。
據(jù)外媒報道,一家中國礦機芯片公司將成為三星電子3nm制程的首位客戶,高通也預(yù)定了三星電子的3nm制程。
01.晶體管結(jié)構(gòu)進入GAA時代,第二代3nm制程性能參數(shù)宣布
三星電子稱,其3nm制程正在使用MBCFET(Multi-Bridge-Channel,多橋通道晶體管)技術(shù),這是基于GAA晶體管結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)。該技術(shù)通過降低供應(yīng)電源水平,提升了芯片電流和功率,首次突破了FinFET晶體管(Fin Field-Effect Transistor,鰭式場效應(yīng)晶體管)的性能限制。
相比于GAA技術(shù)的納米線和納米片通道,三星電子采用的MBCFET技術(shù)具有更寬的通道,具備更高的性能和更好的能效表現(xiàn)。
▲三星電子晶體管結(jié)構(gòu)路線圖(圖片來源:三星電子)
三星電子的3nm制程將能夠調(diào)整通道寬度,以適應(yīng)更多客戶的需要。三星電子還強調(diào),其GAA技術(shù)的設(shè)計優(yōu)勢來自于DTCO(設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化),這能夠幫助提升芯片的PPA(性能、功率、面積)。
和5nm制程相比,三星電子的第一代3nm制程能夠降低45%的功耗,提升了23%的性能,并減小16%的面積。而第二代3nm制程將有進一步的優(yōu)化,將降低50%的功耗,提升30%的性能,降低35%的面積。
此外,三星電子還提到,自2021年第三季度開始,其和Ansys、Cadence、Siemens、Synopsys等SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)合作伙伴一起提供了經(jīng)過驗證的設(shè)計基礎(chǔ),這幫助三星電子的客戶在短時間內(nèi)完善了它們的產(chǎn)品。
三星電子總裁兼代工業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Siyoung Choi稱:“我們將繼續(xù)在具有競爭力的技術(shù)開發(fā)中積極創(chuàng)新,并建立有助于加速技術(shù)成熟的流程。”
據(jù)日經(jīng)亞洲報道,三星電子正在位于韓國首爾南部的華城市生產(chǎn)3nm芯片。
02.三星3nm首個客戶或為中國公司,臺積電下半年量產(chǎn)3nm
據(jù)外媒報道,三星電子3nm制程的首個客戶是中國挖礦芯片公司,也有消息稱三星電子已收到高通的預(yù)定訂單,高通將隨時能夠采用其3nm工藝。
本月初,三星電子副會長李在镕訪問歐洲,拜訪了包括IMEC(比利時微電子研究中心)和荷蘭光刻機公司ASML在內(nèi)的重要供應(yīng)鏈機構(gòu)和公司。
當(dāng)前,三星電子正在美國德克薩斯州泰勒市投資170億美元,建設(shè)新的先進制程晶圓廠。該工廠計劃于2024年下半年投產(chǎn),占地超過500萬平方米。三星電子將該晶圓廠和其位于韓國平澤市的晶圓廠并列,將兩處的晶圓廠視作其未來全球半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵。
除了三星電子,臺積電也計劃在今年下半年量產(chǎn)3nm制程(N3工藝)。
不過相比于三星電子的3nm制程,臺積電的N3工藝仍將采用FinFET晶體管結(jié)構(gòu)。此外,臺積電還宣布,將在2025年前量產(chǎn)2nm芯片。
據(jù)悉,臺積電3nm的首批客戶將包括英特爾、蘋果兩大科技巨頭。
03.結(jié)語:三星率先開啟GAA晶體管時代,先進制程之戰(zhàn)進入白熱化
隨著先進制程不斷演進,先進制程芯片制造的難度不斷增大,這也為三星電子帶來了不少挑戰(zhàn)。此前,三星電子7nm和5nm制程產(chǎn)品均出現(xiàn)良率和功耗問題,使高通等頭部客戶轉(zhuǎn)投臺積電。近幾個月來,三星電子的良率情況曝光和代工業(yè)務(wù)高管人事調(diào)整不斷。
但本次三星電子能夠如期完成3nm制程的量產(chǎn),或有助于恢復(fù)下游客戶的信心。其基于GAA晶體管的3nm制程也正式開啟了新的晶體管時代。未來,臺積電、三星、英特爾等先進制程玩家的競爭仍將繼續(xù),這場逼近物理極限的戰(zhàn)爭“硝煙”正濃。