电子发烧友网报道(文/李弯弯)三星在3nm领先台积电的愿望又要落空了。据外媒日前报道,因为担心三星的良率过低,大客户高通已将3nm AP处理器代工订单交给台积电。
台积电和三星是全球领先的两大芯片代工厂商,正在推进3nm工艺,按照计划,三星预计在今年上半年实现3nm代工量产,而台积电预计在今年下半年实现量产。
台积电在先进制程上一直领先三星,获得了不少大客户的信赖,苹果、AMD、英特尔、联发科等在3nm上都倾向于将订单给台积电,而三星仅有大客户高通,如今连高通也丢失了。
3nm工艺量产能否如期而至?
三星在2021年6月便已经顺利实现流片,并表示将在今年上半年实现量产,然而有研究机构预计,三星的3nm制程工艺不大可能在2023年前量产。
三星3nm工艺采用的是全环绕栅极晶体管(GAA)威廉希尔官方网站 ,而不是沿用之前成熟的鳍式场效应晶体管(FinFET)威廉希尔官方网站 ,业界人士认为,三星在该新威廉希尔官方网站 的研发方面仍然面临挑战,还有关键威廉希尔官方网站 问题尚未得以解决。
三星在先进制程方面的良率是个很大的问题,最近该公司还陷入了一桩丑闻,部分在职员工、前员工涉嫌伪造和虚报5nm、4nm、3nm工艺制程的良品率。
高通之所以将3nmAP处理器转单台积电,正是因为对三星的代工良率失去信任。据悉,由三星代工的高通Snapdragon 8 Gen 1成品率仅为35%左右。高通在去年就已经将4nm AP处理器Snapdragon 8 Gen 1部分代工订单给了台积电。
一直以来,三星在工艺制程、产品良率、客户方面都不及台积电,不甘落后的三星,在7nm、5nm工艺未能领先,便对3nm寄予厚望。而如今几乎没有什么大的芯片厂商倾向于采用三星的3nm代工,而且威廉希尔官方网站 和良率上还有待突破,三星或许真的无法如期量产3nm,一旦如此,三星赶上台积电的梦想也只能看更先进制程2nm了。
不过毕竟是比较新的工艺,不仅三星,台积电也传出不能按预期量产3nm。据知情人士透露,台积电在3nm工艺上也遭遇了良率难题,为了达到满意的良品率,目前台积电也在不断修正,这也可能影响AMD、英伟达等部分客户的产品路线,不过台积电并未对此回应。
此前台积电曾多次对外表示在按计划推进,在今年1月份的财报分析师电话会议上,台积电CEO魏哲家就表示,3nm制程工艺在按计划推进,将在今年下半年量产,明年一季度将看到3nm工艺的营收。
台积电3nm是全新节点的工艺,与加强版5nm工艺、4nm工艺和N4X工艺有着本质上的区别,在晶体管数量方面,其逻辑密度可以提升1.7倍,从而带来11%的性能提升;功耗方面,3nm工艺也将实现同等性能下可以降低 25%-30%。
与三星不同的是,台积电仍然采用成熟的鳍式场效晶体管(FinFET)结构,这会比三星采用新的全环绕栅极晶体管(GAA)威廉希尔官方网站 更容易推进,而且据行业人士透露,虽然没有采用更新的威廉希尔官方网站 ,台积电依然能够实现超高性能和良好的功耗表现。
将在2nm工艺领先台积电?
在3nm工艺上尝试采用全环绕栅极晶体管(GAA)威廉希尔官方网站 ,而不是像台积电那样沿用原本成熟的鳍式场效晶体管(FinFET)架构,这或许也从另一方面透露出,三星或许并不是想在3nm上领先台积电,它的目标应该是2nm。
现如今,鳍式场效晶体管(FinFET)结构的潜力已经几乎被挖掘殆尽,随着工艺节点发展到3nm后,晶体管沟道进一步缩短,FinFET结构将遭遇量子隧穿效应的限制。
根据国际器件和系统路线图(IRDS)规划,2021-2022年以后,鳍式场效晶体管(FinFET)架构将逐步被全环绕栅极晶体管(GAA)所取代。
对于台积电来说,为了减少生产工具以及客户设计的变更,3nm沿用鳍式场效晶体管(FinFET)结构,然而到了2nm,将不得不采用类似全栅场效应晶体管(GAAFET)结构。
全栅场效应晶体管(GAAFET)结构可以通过更大的闸极接触面积,提升对电晶体导电通道的控制能力,从而降低操作电压、减少疏漏电流,有效降低芯片运算功耗与操作温度,比如,GAAFET威廉希尔官方网站 将沟道四侧全部包裹,FinFET的栅极仅包裹沟道三侧。
据悉,三星3nm GAAFET工艺采用多桥式-沟道场效应晶体管(MBCFET)晶体管结构,与当前的5nm工艺相比,面积减少35%,性能提高30%,功耗降低50%。
三星优先于台积电在3nm时使用GAAFET威廉希尔官方网站 ,可能并不是想要在3nm工艺上领先台积电,而更多的是提前掌握和熟悉该威廉希尔官方网站 ,这样可以在后续的2nm、1nm工艺上具有领先优势。
三星在3nm工艺上想要超越台积电是很难的,首先采用的是新的GAAFET威廉希尔官方网站 ,这需要更多时间、更多人力、财力去研究,而良率在刚开始的时候,估计不会很高,成本必然也不低,三星自己应该早就意识到这一点,以新威廉希尔官方网站 去与台积电的成熟威廉希尔官方网站 对抗,在时间、成本、良率方面都不占优势,更何况大的芯片厂商苹果、AMD、联发科、英伟达、英特尔等都倾向于信赖台积电。
而如果是把领先的目标定在2nm,可能性或许就高了很多,当台积电在2nm才首次转入GAAFET工艺时,三星已经在该威廉希尔官方网站 上有多年经验了,这就更可能取得突破,抢到客户。
不过虽然想象是美好的,三星要想实现超越台积电还是很有难度,毕竟台积电长期在人才、威廉希尔官方网站 、良率、客户方面的积累足够深厚,即使是从FinFET威廉希尔官方网站 转向GAAFET架构,可能也会比三星更容易、更快实现。
总结
简言之,3nm工艺整体可能推迟量产,三星良率过低、丢失大客户高通,都将让其在与台积电的竞争中,处于更为不利的位置,而提前尝试新威廉希尔官方网站 ,能否让其在2nm甚至1nm工艺上领先也是未知数,对于三星来说可谓前路漫漫。
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