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今天上午，三星電子官宣，已開(kāi)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。
▲三星代工業(yè)務(wù)和半導(dǎo)體研發(fā)中心的領(lǐng)導(dǎo)者舉起三根手指作為3nm的象征，慶祝該公司首次生產(chǎn)采用GAA架構(gòu)的3nm工藝（圖片來(lái)源：三星電子）
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(jìn)入了新的時(shí)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(jì)算領(lǐng)域，并計(jì)劃擴(kuò)展到移動(dòng)處理器。
據(jù)外媒報(bào)道，一家中國(guó)礦機(jī)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(jìn)入GAA時(shí)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(guò)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(chǎng)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(lái)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(qiáng)調(diào)，其GAA技術(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)來(lái)自于DTCO（設(shè)計(jì)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(jìn)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(kāi)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(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，這幫助三星電子的客戶在短時(shí)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(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)開(kāi)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(bào)道，三星電子正在位于韓國(guó)首爾南部的華城市生產(chǎn)3nm芯片。
▲三星電子副總裁Michael Jeong（左一）、企業(yè)執(zhí)行副總裁Ja-Hum Ku（左二）、三星代工業(yè)務(wù)公司副總裁Sang Bom Kang（左三）正在三星電子華城園區(qū)的生產(chǎn)線上舉起3nm晶圓（圖片來(lái)源：三星電子）
02.三星3nm首個(gè)客戶或?yàn)橹袊?guó)公司臺(tái)積電下半年量產(chǎn)3nm
據(jù)外媒報(bào)道，三星電子3nm制程的首個(gè)客戶是中國(guó)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(shí)能夠采用其3nm工藝。
本月初，三星電子副會(huì)長(zhǎng)李在镕訪問(wèn)歐洲，拜訪了包括IMEC（比利時(shí)微電子研究中心）和荷蘭光刻機(jī)公司ASML在內(nèi)的重要供應(yīng)鏈機(jī)構(gòu)和公司。
當(dāng)前，三星電子正在美國(guó)德克薩斯州泰勒市投資170億美元，建設(shè)新的先進(jìn)制程晶圓廠。該工廠計(jì)劃于2024年下半年投產(chǎn)，占地超過(guò)500萬(wàn)平方米。三星電子將該晶圓廠和其位于韓國(guó)平澤市的晶圓廠并列，將兩處的晶圓廠視作其未來(lái)全球半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵。
除了三星電子，臺(tái)積電也計(jì)劃在今年下半年量產(chǎn)3nm制程（N3工藝）。
不過(guò)相比于三星電子的3nm制程，臺(tái)積電的N3工藝仍將采用FinFET晶體管結(jié)構(gòu)。此外，臺(tái)積電還宣布，將在2025年前量產(chǎn)2nm芯片。
據(jù)悉，臺(tái)積電3nm的首批客戶將包括英特爾、蘋(píng)果兩大科技巨頭。
03.結(jié)語(yǔ)：三星率先開(kāi)啟GAA晶體管時(shí)代先進(jìn)制程之戰(zhàn)進(jìn)入白熱化
隨著先進(jìn)制程不斷演進(jìn)，先進(jìn)制程芯片制造的難度不斷增大，這也為三星電子帶來(lái)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(wèn)題，使高通等頭部客戶轉(zhuǎn)投臺(tái)積電。近幾個(gè)月來(lái)，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(kāi)啟了新的晶體管時(shí)代。未來(lái)，臺(tái)積電、三星、英特爾等先進(jìn)制程玩家的競(jìng)爭(zhēng)仍將繼續(xù)，這場(chǎng)逼近物理極限的戰(zhàn)爭(zhēng)“硝煙”正濃。
作者 | 高歌
編輯 | Panken
