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科工力量:三星、英特尔转向GAA FinFET步入历史终结?
已披露的信息显示,三星的3nm工艺分为3GAE、3GAP,后者性能更好,不过首发是第一代GAA晶体管工艺3GAE。三星方面的说法是,基于全新的GAA晶体管结构,三星通过使用纳米片设备制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多桥-通道场效应管),该技术可以显著增强晶体管性能,主要取代FinFET晶体管技术。
在7nm、5nm节点,台积电一直表现很强势,去年12月高通骁龙865宣布采用了台积电最新7nm工艺制程,台积电的7nm工艺又多了一个大客户。尽管三星占据一部分7nm EUV订单,不过整体来看台积电在7nm节点,依然是抢占了最多的客户订单。
去年12月,就有消息放出,台积电的5nm工艺良率已经达到了50%,比当初7nm工艺试产之前还要好,最快今年第一季度就能投入大规模量产,初期月产能5万片,随后将逐步增加到7-8万片,初期产能会被苹果、华为包下。
为了争夺晶圆代工龙头地位,三星也是加足马力追赶台积电,去年4月宣布完成5nm工艺开发,全面使用EUV光刻技术。日前韩媒报道,三星正在加速在韩国华城建设5nm生产工厂V1,已经对主要的设备厂下单,预计6月底之前完成生产线建设。
在7nm、5nm已经位于台积电之后的三星押注3nm,希望在在这个节点上超越台积电,因此三星对3GAE工艺给予厚望。此外,三星还计划在2030年前投资1160亿美元巩固其半导体巨头地位。
与三星相比,台积电则显得异常低调,尽管台积电宣称2020年准备量产的5nm制程依旧采用FinFET工艺,但预计其3nm工艺将于2023年甚至提前至2022年量产,只是具体工艺细节仍未公布。台积电CEO魏哲家此前提到,他们将在4月29日举行的台积电北美技术研讨会期间,披露更多3nm的细节信息。
在5nm工艺即将大规模投产的情况下,台积电正在与客户就3nm工艺的设计进行合作。魏哲家也透露,在研发中他们有多种技术选择,也在仔细评估了所有的不同方法,他们的决定是基于技术及成熟度、性能和成本。
外界传言,台积电在3nm节点可能没有三星这么激进,继续沿用FinFET工艺的可能性存在,在第二代3nm或2nm上才会升级到GAA晶体管技术。《电子时报》此前消息,台积电已经在中国台湾南部科技园获得了30公顷土地,开始建设3nm工艺晶圆厂,预计2023年开始大规模生产3nm制成的处理器。
考虑到FinFET工艺本身的物理特性限制,台积电也强调过3nm是全新的,要想保持自身的竞争力,其沿用FinFET可能性不大,转向GAA是大概率事件。毕竟,身后的三星已经已经启动GAE环绕栅极晶体管取代目前的FinFET晶体管。
相比于三星、台积电,英特尔就更是雄心勃勃,各方面消息表明其将在5nm节点直接放弃FinFET晶体管,转向GAA环绕栅极晶体管。
英特尔最早在22nm节点上首发了FinFET,但是在研发10nm工艺时,由于过于激进的性能目标,遭遇不少困难,导致10nm延迟了多年时间。在5nm节点上转进GAA工艺,这正好与英特尔“5nm工艺重新夺回领导地位”的承诺相呼应。
在GAA工艺上,英特尔跟进较早,但目前其5nm制成的问世时间尚未明确。英特尔已经宣布在2021年推出7nm工艺,首发产品是数据中心使用的Ponte Vecchio加速卡。同时,英特尔也提到7nm之后制成技术发展周期将回归以往的2年升级的节奏,据此推算,其5nm工艺“真容”最快在2023年可见。
结束语
平面工艺晶体管的特征尺寸缩小持续了数十年,而FinFET工艺商用至今不到十年,对高性能芯片的追求,致使新制成工艺的更新速度越来越快。虽然台积电尚未明确在3nm工艺是否放弃FinFET工艺,但是三星、英特尔两大晶圆代工巨头已转向GAA工艺的情况,似乎也预示在更先进的节点上,FinFET将走向终结。
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