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在近日召開的“Samsung Foundry Forum 2021”(晶圓代工論壇)上，三星電子總裁兼代工業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Siyoung Choi公布了有關(guān)3nm/2nm工藝的量產(chǎn)計劃，同時發(fā)布新的17nm工藝,強(qiáng)化對傳統(tǒng)工藝市場的爭奪。與此同時，臺積電也在積極推進(jìn)3nm/2nm工藝、28nm工藝的建廠與開發(fā)。隨著摩爾定律的持續(xù)演進(jìn)，三星與臺積電在晶圓代工領(lǐng)域的新一輪競爭再度展開。
3/2nm工藝平臺成競爭新焦點(diǎn)
因為缺芯加劇，晶圓代工領(lǐng)域受到了極大關(guān)注，特別是3/2nm下一代制造工藝更是三星、臺積電、英特爾等半導(dǎo)體龍頭廠商的競爭焦點(diǎn)。
在晶圓代工論壇上，Siyoung Choi宣布，三星電子將于2022年上半年開始生產(chǎn)首批3nm芯片，第二代3nm芯片預(yù)計將于2023年開始生產(chǎn)。按照規(guī)劃，三星電子的3nm GAA工藝將采用MBCFET晶體管結(jié)構(gòu)，與5nm工藝相比，其面積減少了35%，性能提高了30%且功耗降低了50%。Siyoung Choi談道：“我們將提高整體產(chǎn)能并引領(lǐng)最先進(jìn)的技術(shù)，同時進(jìn)一步擴(kuò)大硅片規(guī)模并通過應(yīng)用繼續(xù)技術(shù)創(chuàng)新。”
相比之下，今年6月臺積電總裁魏哲家在2021年臺積電技術(shù)論壇上宣布，3nm芯片量產(chǎn)時間為2022年下半年。顯然，三星希望更早推出3nm工藝，以搶占先機(jī)。事實上，此前三星曾經(jīng)計劃于今年便開始量產(chǎn)3nm工藝。但是，轉(zhuǎn)向全新制造技術(shù)的難度很大，使得三星不得不將量產(chǎn)時推遲。然而，三星推遲后的量產(chǎn)計劃依然早于臺積電。
三星與臺積電在2nm工藝上的競爭更加激烈。在晶圓代工論壇上，Siyoung Choi表示，三星電子將于2025年推出基于MBCFET的2nm工藝。據(jù)媒體報道，臺積電預(yù)計2nm工藝的全面量產(chǎn)約在2025年-2026年。
此前，三星、IBM和英特爾簽署聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，共同研發(fā)2nm制造工藝。今年5月，IBM率先發(fā)布全球首個2nm制造工藝。實現(xiàn)在芯片上每平方毫米集成3.33億個晶體管，遠(yuǎn)超此前三星5nm工藝的每平方毫米約1.27億晶體管數(shù)量，極大地提升了芯片性能。
隨著5G、高性能計算、人工智能的發(fā)展，市場對先進(jìn)工藝的需要越來越高。3/2nm作為先進(jìn)工藝下一代技術(shù)節(jié)點(diǎn)，成為三星、臺積電的發(fā)展重點(diǎn)。半導(dǎo)體專家莫大康指出，由于2nm目前尚處于研發(fā)階段，其工藝指標(biāo)尚不清楚。不能輕易判斷是否也一個大節(jié)點(diǎn)。然而根據(jù)臺積電的工藝細(xì)節(jié)詳情3nm晶體管密度已達(dá)到了2.5億個/mm2，與5nm相比，功耗下降25%～30%，功能提升了10%～15%。2納米的作為下一代節(jié)點(diǎn)，性能勢必有更進(jìn)一步的提升，功耗也將進(jìn)一步下降。市場對其的需求是可以預(yù)期的。
17nm新工藝，強(qiáng)化傳統(tǒng)工藝市場爭奪
在本次活動上，三星電子還首次推出了17nm FinFET工藝技術(shù)。該工藝是28nm工藝的進(jìn)階版，融合了28nm BEOL后端工序、14nm FEOL前端工藝，比28nm工藝性能提升了39%，功率效率提高了49%。
據(jù)莫大康介紹，三星的新工藝是將14nmFinFET與28nm的金屬連線部分相配合，由于采用了FinFET技術(shù)使得產(chǎn)品性能提升，同時后端金屬連線部分釆用28nm技術(shù)，在降低難度的同時，也降低了光刻成本。這樣的設(shè)計很有新意，或者應(yīng)該叫嫁接工藝，把前、后道工藝分開。
更加值得注意的是，該工藝將面向傳統(tǒng)特色工藝為主的芯片生產(chǎn)，適用于CIS(接觸式圖像傳感器)、DDI(顯示驅(qū)動IC)、MCU(微控制器)等領(lǐng)域。目前，臺積電也在積極擴(kuò)展相關(guān)產(chǎn)能。據(jù)悉，臺積電將在中國臺灣地區(qū)的高雄新工廠二期廠房中擴(kuò)產(chǎn)28nm生產(chǎn)線。同時，有消息稱，臺積電正尋求與索尼合作，在日本建造一座28nm晶圓廠。早些時候，臺積電也披露南京12 英寸晶圓廠的擴(kuò)建計劃，每月將增加4萬片28納米產(chǎn)能，新產(chǎn)能將于 2023 年上線。
對此有專家指出，三星17nm工藝的推出，意味著其與臺積電的爭奪，正從先進(jìn)工藝向特色工藝方向延伸。Siyoung Choi也表示，自2017年以來，三星電子的制程工藝每年都有所升級，而三星電子代工業(yè)務(wù)將加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)制程多樣化。這一工藝能夠為客戶帶來顯著的成本優(yōu)勢，幫助客戶完成從28nm到14nm的過渡。
作者丨陳炳欣
編輯丨徐恒
美編丨馬利亞
