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三星抢先台积电展示3纳米芯片,秀肌肉还是争客户?

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三星与台积电关于3纳米半导体制造工艺之争愈演愈烈,本着“是骡是马看谁先拉出来遛遛”的竞争法则,在此前举行的IEEE国际固态电路大会(ISSCC)上,三星首次展示了采用3nm工艺制造的芯片,并称预计明年投入量产,但尚未公布任何客户。

按照介绍,这是一颗256Gb容量的SRAM存储芯片,采用MBCFET技术,面积56平方毫米,写入电流只需要区区0.23V。三星称,三星3GAE工艺相比其7LPP工艺,可将晶体管密度增加最多80%,性能提升最多30%,或者功耗降低最多50%。

除了拿出样品,在这次ISSCC会议上,三星还公布了3nm制造技术的一些细节。三星3纳米工艺中使用类似全栅场效应晶体管(GAAFET)结构,据介绍,目前有两种类型的GAAFET:一种是典型的GAAFET,被称为具有“薄”鳍的纳米线。另一种是MBCFET,被称为具有“厚”鳍的纳米片。在两种情况下,栅极材料在所有侧面上都围绕沟道区。纳米线和纳米片的实际实现方式在很大程度上取决于设计。许多行业观察家用术语GAAFET来描述两者。

1988年,全球首次展示了GAAFET,这种晶体管的结构使得设计人员可以通过调节晶体管通道的宽度(也称为有效宽度或Weff)来精确地对其进行调谐,以实现高性能或低功耗。GAA被称为当前FinFET技术的升级版,该技术能够使芯片制造商将微芯片的制造工艺进一步提升。

据了解,在3纳米工艺方面,台积电仍是坚持使用FinFET技术,三星选择了向纳米片晶体管过渡。3纳米被称为三星芯片十年计划的关键一步。2019年三星公布了一项133兆韩元的十年投资计划,目标是到2030年成为全球最大的芯片系统制造商,而不仅仅是成为存储领域的顶级芯片制造商。

在这场比赛中,台积电当然不可能站在路边等三星快马扬鞭赶来而不作为。3月2日,有媒体报道,台积电有望在今年下半年开始3纳米工艺芯片的风险生产,届时该公司将能够生产3万块采用更先进技术的芯片。

不仅仅是在能力层面,在订单方面,台积电同样已经有了非常踏实的“定心丸”——苹果。台积电计划在2022年将3纳米工艺的月产能提升到5.5万块,在2023年将产能进一步扩大到10.5万块。三星尚未公布客户,而台积电已经有苹果追着下单。有媒体称,2022年款的iPhone中,苹果将使用A16芯片,该芯片很可能将基于台积电未来的4纳米工艺制造,也就意味着最新的3纳米技术有可能被用在苹果未来的A17芯片上。按照苹果公司以往的做法,未来其Mac产品中的芯片,也有可能会使用3纳米技术。

苹果这个大客户对于代工企业有多重要,看看这份代工预测分配表就可理解。Counterpoint Research不久前发布的报告显示,台积电的增速会高于整个行业,为13%,其中苹果是台积电的最大客户,其5纳米全部订单都给了台积电,占其总量的53%。

不仅如此,还有消息爆出,台积电的2纳米工艺将采用GAA架构,关键工艺将联手苹果一起研发,这意味着苹果2纳米的芯片订单也会交给台积电。按照规划,台积电的2纳米制程会在2023年到2024年间推出。

有分析称,3纳米将有可能是三星与台积电在制程竞赛中最为接近的一次,几乎与台积电同步。在此前的工艺制程上,台积电大约领先三星两年,自从三星规划投入133兆韩元,全力发展晶圆代工业务后,3纳米就成为其采用新技术架构的关键一战。业界认为,若三星发展3纳米进程顺利并提升良率,与台积电的抢单大战也将随之引爆。

报告指出,2020年全球晶圆代工行业收入达820亿美元,同比增长23%。2021年该行业将继续保持两位数增速,预计增速12% ,总收入达920亿美元。

今年英特尔有可能将更多制造进行外包,代工领域依然保持增长,如果三星3纳米比台积电更早实现量产,那么三星是否能够抢到部分英特尔订单或更多其他客户呢?这或许是三星抢先在台积电之前拿出样片遛一遛、公布关键细节的关键原因吧。

责任编辑:李佳师


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