三星芯片業(yè)務(wù)迎“逆風(fēng)翻盤”？

近日，有消息稱臺(tái)積電3納米良率僅55%，因此臺(tái)積電將不會(huì)按照標(biāo)準(zhǔn)晶圓價(jià)格向蘋果收費(fèi)，蘋果僅向臺(tái)積電支付可用芯片的費(fèi)用。與此同時(shí)，作為“千年老二”的三星卻在先進(jìn)制程方面頻頻傳來好消息。有消息稱，三星4nm良率水平追平臺(tái)積電，3nm良率提至60%以上。此前還傳出消息，高通驍龍8系列處理器極有可能再次采用三星代工，甚至三星4nm工藝已經(jīng)獲得AMD的訂單。一直以來總是陷入良率“滑鐵盧”的三星，將迎來“逆風(fēng)翻盤”的機(jī)會(huì)？

來之不易的光刻膠

據(jù)悉，從2019年起，三星便被市場(chǎng)規(guī)模不足半導(dǎo)體整體規(guī)模1%的光刻膠扼住了“喉嚨”，也成為了其良率出現(xiàn)問題的關(guān)鍵原因。

中國(guó)科學(xué)院微電子所副所長(zhǎng)曹立強(qiáng)向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，光刻膠是芯片光刻所采用的關(guān)鍵材料之一，雖然光刻膠最后并不會(huì)留在芯片內(nèi)部，但是光刻膠的純度會(huì)影響圖形的解析度，繼而影響器件性能。因此，光刻膠的質(zhì)量、純度，成為了決定芯片良率的關(guān)鍵。

據(jù)了解，2019年時(shí)，韓國(guó)有80%的光刻膠從日本進(jìn)口，依賴度非常高。業(yè)內(nèi)專家曾向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，之所以三星對(duì)日本光刻膠十分依賴，是因?yàn)?0nm以下制程的芯片，基本上只能采用日本的光刻膠。然而，2019年7月，日本政府宣布對(duì)出口韓國(guó)的半導(dǎo)體工業(yè)材料加強(qiáng)審查和管控，并將韓國(guó)排除在貿(mào)易“白色清單”以外，而光刻膠也在這次管控的名單之列，無疑是給了三星“沉重一擊”。業(yè)內(nèi)知情人士曾向《中國(guó)電子報(bào)》記者披露，三星第一代3nm工藝制程良率僅有10%～20%左右，就是由于三星受到日本光刻膠出口限制，導(dǎo)致所用的光刻膠材料純度不夠，造成芯片良率極低。

也因此，從2020年量產(chǎn)5nm起，三星頻頻被爆良率低于50%，甚至4nm良率被爆僅為35%，使得此前搭載三星4nm工藝的高通驍龍8 Gen 1也中途換成了臺(tái)積電4nm工藝。甚至搶先臺(tái)積電量產(chǎn)的三星3nm工藝制程，起初良率也僅僅只有10%～20%。

然而，此前頻頻陷入良率困境的三星，卻在近期傳來了積極進(jìn)展。消息稱，三星4nm、3nm工藝節(jié)點(diǎn)的芯片生產(chǎn)良率分別提高到75%和60%以上。業(yè)內(nèi)多位專家猜測(cè)，這或許與三星重新采用日本光刻膠有密切的關(guān)系。

今年3月，日本政府決定解除限制向韓出口包含光刻膠在內(nèi)的三種關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的措施，將韓日出口貿(mào)易恢復(fù)至2019年7月之前的狀態(tài)，三星芯片良率不斷提升的喜訊也隨之而來。

GAA工藝日漸成熟

三星在先進(jìn)制程方面向來是“當(dāng)仁不讓”的態(tài)度，對(duì)于新技術(shù)的采用也十分大膽。三星不僅在7nm的工藝中，先臺(tái)積電一步采用EUV光刻技術(shù)，也是業(yè)內(nèi)第一家切入GAA工藝的芯片廠商。而GAA工藝技術(shù)的日漸成熟，也成為三星良率提升的關(guān)鍵。

北京超弦存儲(chǔ)器研究院執(zhí)行副院長(zhǎng)、北京航空航天大學(xué)兼職博導(dǎo)趙超認(rèn)為，短溝道效應(yīng)是造成先進(jìn)工藝出現(xiàn)功耗問題進(jìn)而導(dǎo)致良率低的主要原因之一，也成為先進(jìn)制程發(fā)展中最大的阻礙。而短溝道效應(yīng)的產(chǎn)生與芯片所采用的FinFET本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。FinFET所采用的是三面柵的結(jié)構(gòu)，并非四面環(huán)繞式的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)方向沒有柵極的包裹。隨著芯片制程的不斷減小，F(xiàn)inFET三面柵的結(jié)構(gòu)對(duì)于漏電的控制能力也在逐漸減弱，造成芯片出現(xiàn)功耗問題。

也因此，GAA架構(gòu)被視為FinFET架構(gòu)最有效的替代方式之一。復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長(zhǎng)周鵬表示，相較于三面圍柵的FinFET結(jié)構(gòu)，GAA技術(shù)的四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)可以更好地抑制漏電流的形成，并增大驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)而更有利于實(shí)現(xiàn)性能和功耗的平衡。因此，GAA技術(shù)在5nm以下制程中，更受到業(yè)界的認(rèn)可和青睞。

GAA架構(gòu)能夠在更低的電壓下正常工作（來源：三星官網(wǎng)）

芯謀研究研究總監(jiān)宋長(zhǎng)庚告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，先前，三星在存儲(chǔ)器方面已經(jīng)用到了GAA的晶體管，可以看出三星在GAA技術(shù)方面已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

在3nm制程中，三星率先采用GAA工藝架構(gòu)。第一個(gè)吃螃蟹的人，不一定能吃到螃蟹黃。采用新技術(shù)，也意味著要面臨新的風(fēng)險(xiǎn)。Gartner研究副總裁盛陵海表示，在引入GAA架構(gòu)之后，在很多技術(shù)方面需要進(jìn)行重新考量，需要花費(fèi)更多成本來進(jìn)行研發(fā)，這也容易造成芯片成本更高，性能也不一定比采用FinFET工藝結(jié)構(gòu)的芯片更佳。因此，三星第一批采用GAA結(jié)構(gòu)打造的3nm芯片，并沒有如愿實(shí)現(xiàn)高良率。

然而，先人一步采用新技術(shù)，也意味著比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有更多的技術(shù)磨合經(jīng)驗(yàn)。三星在GAA應(yīng)用于先進(jìn)制程方面，擁有率先量產(chǎn)、率先磨合的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。因此，隨著時(shí)間的推移，三星搭載GAA工藝芯片的良率也在不斷提升。三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總裁Kyung Kye-hyun曾公開表示，目前，客戶對(duì)三星的GAA晶體管技術(shù)很滿意，甚至搭載GAA工藝的2nm芯片的性能將超越臺(tái)積電，成為客戶的首選。

可見，隨著三星GAA工藝的日漸成熟，三星的信心也在不斷增加。GAA工藝也幫助三星有效降低了短溝道效應(yīng)帶來的功耗問題，良率也開始逐步提升。

誰是贏家市場(chǎng)說了算

如今，一路高歌的三星，對(duì)未來可謂是信心滿滿，甚至對(duì)即將量產(chǎn)的2nm制程也充滿了信心，并將其視為超越臺(tái)積電的關(guān)鍵制程。那么，三星是否真的迎來了“逆風(fēng)翻盤”的機(jī)會(huì)？事實(shí)上，一切都還是未知。

業(yè)內(nèi)專家莫大康曾向《中國(guó)電子報(bào)》記者強(qiáng)調(diào)，臺(tái)積電、三星、英特爾這三家先進(jìn)制程玩家都具備充足的資金儲(chǔ)備以及研發(fā)能力，也均有實(shí)力繼續(xù)沿著摩爾定律量產(chǎn)更先進(jìn)制程的芯片。三大家最主要的差距，在于能否得到市場(chǎng)的青睞。目前來看，臺(tái)積電的客戶粘性最強(qiáng)，這對(duì)于三星和英特爾而言，是未來面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。

數(shù)據(jù)來源：臺(tái)積電、三星、英特爾年報(bào)

同時(shí)，AMD CEO蘇姿豐近日在媒體采訪中，被問到是否將在3nm采用三星代工的產(chǎn)品時(shí)，蘇姿豐反問：“你相信韓國(guó)媒體嗎？”可見，未來AMD是否與三星合作，還未可知。此外，也有多家媒體爆料稱，如今三星3nm先進(jìn)工藝制程的客戶，只有用量相對(duì)較小的礦機(jī)芯片買家。

然而，這并不意味著三星沒有機(jī)會(huì)。受聊天機(jī)器人ChatGPT需求推動(dòng)，以GPU為主的AI芯片需求激增，甚至一度供不應(yīng)求，而AI芯片多為先進(jìn)制程，這也為用戶量相對(duì)較少的三星、英特爾提供了更多客戶資源的可能。因此，不僅僅是三星，三大家均有機(jī)會(huì)在算力爆發(fā)的當(dāng)下分一杯羹。

俗話說，是騾子是馬拉出來練練。三大家成敗的最終評(píng)判權(quán)在用戶手中。在算力需求爆發(fā)的當(dāng)下，究竟誰的芯片更獲得青睞，還有待市場(chǎng)給出答案。

作者丨沈叢? 編輯丨張心怡

美編丨馬利亞? 監(jiān)制丨連曉東