芯片規(guī)則被修改后，全球范圍內(nèi)能生產(chǎn)出7nm工藝以下芯片的廠家屈指可數(shù)

眾所周知，隨著現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我們對(duì)半導(dǎo)體芯片的依賴程度也正在不斷地加深;半導(dǎo)體芯片作為整個(gè)科技領(lǐng)域發(fā)展的核心，如今也被越來(lái)越多的國(guó)家所重視，只有拿下了先進(jìn)的芯片研發(fā)和生產(chǎn)的技術(shù)，那么才能在將來(lái)的科技領(lǐng)域擁有更高的話語(yǔ)權(quán);在美國(guó)多次修改芯片規(guī)則以后，也直接讓全球芯片市場(chǎng)迎來(lái)了大洗牌，與此同時(shí)不少國(guó)家和科技企業(yè)都開始進(jìn)入到了半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域發(fā)展!

在芯片規(guī)則被修改后，很多芯片企業(yè)的出貨都受到了限制，在這種情況下， 芯片的生產(chǎn)就變得尤其重要;而在全球范圍內(nèi)能生產(chǎn)出7nm工藝以下芯片的廠家屈指可數(shù)，只有臺(tái)積電和三星兩家，所以這兩大芯片巨頭企業(yè)在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)上也擁有很高的地位和話語(yǔ)權(quán);隨著臺(tái)積電和三星的不斷努力，如今它們不僅能生產(chǎn)7nm芯片，而且還早就實(shí)現(xiàn)了5nm芯片的量產(chǎn)，并攻克了更加先進(jìn)的3nm芯片的工藝技術(shù)，最快在2023年就能生產(chǎn)出3nm工藝的芯片!

反觀國(guó)內(nèi)芯片市場(chǎng)的發(fā)展，在華為被打壓以后，國(guó)內(nèi)就掀起了一股研發(fā)和生產(chǎn)芯片的潮流，但是我國(guó)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)較為薄弱，而且國(guó)內(nèi)科技企業(yè)還長(zhǎng)期受到“造不如買”等思想的影響，所以也導(dǎo)致我們?cè)谛酒I(lǐng)域的發(fā)展比較落后，不過(guò)在國(guó)內(nèi)中芯國(guó)際等芯片企業(yè)的不斷努力下，我們?cè)谛酒I(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了一些突破，像中芯國(guó)際的N+1工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)14nm以上工藝的芯片生產(chǎn)了，而中芯國(guó)際的N+2工藝技術(shù)也正在發(fā)展中，將有望實(shí)現(xiàn)等效于臺(tái)積電7nm工藝的技術(shù);另外中芯國(guó)際的梁孟松也表示正在率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)7nm工藝技術(shù)!

雖然說(shuō)我們?cè)谛酒a(chǎn)工藝技術(shù)上和臺(tái)積電以及三星落后很遠(yuǎn)，但是這也并不意味著我們就沒(méi)有追趕的機(jī)會(huì);而且從目前全球芯片短缺的情況來(lái)看，只要攻克了7nm工藝芯片技術(shù)，那么90%以上的芯片就都能做到無(wú)限制生產(chǎn)了，就不用被卡脖子了!

眾所周知，臺(tái)積電和三星電子現(xiàn)在的主力芯片產(chǎn)品都是采用的5nm制程工藝技術(shù)，當(dāng)然還有大量的使用的是7nm制程技術(shù)。而無(wú)論是蘋果公司還是三星電子的手機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)大量使用了5nm制程的產(chǎn)品。三星電子和臺(tái)積電也開啟了4nm和3nm制程技術(shù)的產(chǎn)能計(jì)劃，不過(guò)，進(jìn)展并不是很順利。

在臺(tái)積電第一季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，正全力以赴地開發(fā)下一代工藝節(jié)點(diǎn)。計(jì)劃在今年晚些時(shí)候?qū)⑼懂a(chǎn)首批 3nm工藝，并在2025年底前做好2nm工藝的準(zhǔn)備。其實(shí)對(duì)于3nm來(lái)說(shuō)，早有部署。臺(tái)積電也表示，在2nm工藝時(shí)將首次使用 GAA FET(全環(huán)繞柵極晶體管)，逐漸取代 finFET (鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。而三星早已經(jīng)開始使用他們版本的GAA，英特爾計(jì)劃在2024年實(shí)施他們的版本?？梢哉f(shuō)，在GAA FET方面，臺(tái)積電已經(jīng)落后了一段時(shí)間。

三星電子是最新采用3nm GAA制程技術(shù)的廠商，GAA 晶體管結(jié)構(gòu)象征著制程技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)保持下一波超大規(guī)模創(chuàng)新所需的策略至關(guān)重要。GAA架構(gòu)是周邊環(huán)繞著Gate 的FinFET 架構(gòu)。GAA 架構(gòu)的晶體管提供比FinFET 更好的靜電特性，可滿足某些柵極寬度的需求。這主要表現(xiàn)在同等尺寸結(jié)構(gòu)下，GAA 的溝道控制能力強(qiáng)化，尺寸進(jìn)一步微縮更有可能性。相較傳統(tǒng)FinFET 溝道僅3面被柵極包覆，GAA若以納米線溝道設(shè)計(jì)為例，溝道整個(gè)外輪廓都被柵極完全包裹，代表柵極對(duì)溝道的控制性更好。

3nm GAA制程技術(shù)有兩種架構(gòu)，包括3GAAE 和3GAAP。這是兩款以納米片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鰭中有多個(gè)橫向帶狀線。對(duì)臺(tái)積電而言，GAA FET還不是其當(dāng)下的策略。N3 技術(shù)節(jié)點(diǎn)保持原有的模式不變，到N2節(jié)點(diǎn)時(shí)才會(huì)使用GAA 架構(gòu)。

今年下半年，臺(tái)積電將把N3工藝投入生產(chǎn)。臺(tái)積電預(yù)測(cè)，HPC(高性能計(jì)算)將是其今年增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。上一季度HPC產(chǎn)生了41%的收入，僅比智能手機(jī)產(chǎn)生的40%略高。物聯(lián)網(wǎng)和汽車排在第三和第四位，分別創(chuàng)造了8%和5%的收入。

臺(tái)積電多次強(qiáng)調(diào)3nm制程將于2022下半年正式量產(chǎn)。而作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的韓國(guó)三星也在積極加快3nm量產(chǎn)進(jìn)程。三星此前表示，采用GAA 架構(gòu)的3nm制程技術(shù)已正式流片(Tape Out)。三星3nm制程流片是與新思科技合作，加速為GAA 架構(gòu)的生產(chǎn)流程提供高度優(yōu)化參考方法。

三星3nm制程不同于臺(tái)積電或英特爾的FinFET架構(gòu)，而是GAA架構(gòu)，三星需要新設(shè)計(jì)和認(rèn)證工具，因此采用新思科技的Fusion DesignPlatform。制程技術(shù)的物理設(shè)計(jì)套件(PDK)已在2019年5 月發(fā)布，并2020 年通過(guò)制程技術(shù)認(rèn)證。為了穩(wěn)妥，臺(tái)積電繼續(xù)沿用FinFET晶體管技術(shù)，三星兵出險(xiǎn)招，采用更先進(jìn)的GAA晶體管技術(shù)，希望能夠在技術(shù)上超越臺(tái)積電，但是出品率有多高也非常關(guān)鍵。有意思的是，三星也表示，將在2025年開啟2nm制程技術(shù)。

目前三星的5nm芯片，已經(jīng)有高通、IBM、AMD、nvidia等客戶了，如果三星真的能夠領(lǐng)先臺(tái)積電，把GAA技術(shù)下的3nm芯片量產(chǎn)出來(lái)，當(dāng)然要保持著一定的良品率，預(yù)計(jì)還能夠再吸引到更多的客戶。不過(guò)，良品率問(wèn)題是一個(gè)最大的門檻。

一個(gè)不算意外的意外是：半導(dǎo)體芯片「成熟工藝」需求劇增了。

這顯然不符合某些“吃瓜網(wǎng)友”的淺薄認(rèn)知，尤其是臺(tái)積電方面7nm工藝產(chǎn)線、5nm工藝產(chǎn)線的營(yíng)收占比，分別飆升到了總營(yíng)收30%、20%(2022年4月公布Q1季度數(shù)據(jù))

“小韓”當(dāng)?shù)乜萍济襟wETnews披露的內(nèi)容稱：半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)材料的光刻膠，供需方面已經(jīng)進(jìn)入緊急狀態(tài)!原有的半導(dǎo)體材料庫(kù)存量，已經(jīng)降到了「馬奇諾防線」以下……

也就是說(shuō)，半導(dǎo)體硅基材料芯片的制造方面，28nm及以上成熟工藝需求提升，導(dǎo)致不少?gòu)S商的的材料儲(chǔ)備減少、降至風(fēng)險(xiǎn)極大的3個(gè)月儲(chǔ)備量以下了。

諸如「中芯國(guó)際」等廠商推動(dòng)「先進(jìn)工藝」、又明顯側(cè)重于「成熟工藝」產(chǎn)能擴(kuò)充，顯然被認(rèn)為成了相當(dāng)明智的戰(zhàn)略部署，也讓側(cè)重了先進(jìn)工藝的臺(tái)積電“松了口氣”……

另一邊，盡管英特爾“下場(chǎng)”跟著飆起了“工藝參數(shù)戰(zhàn)”，現(xiàn)階段在先進(jìn)工藝開發(fā)與應(yīng)用的進(jìn)展上，卻很明顯是臺(tái)積電與三星方面的你追我趕，可又出現(xiàn)了另一個(gè)意外……

就挺突然的，老對(duì)手3nm或翻車，臺(tái)積電再次松口氣?

先拋開“小韓”普遍的技術(shù)“盜竊”成風(fēng)，各種“嘴炮”口嗨等外在因素也不提了;一個(gè)早期賣魚干的小鋪?zhàn)?，發(fā)展成了“巨無(wú)霸”的三星，按常理說(shuō)應(yīng)該有兩把刷子?

包括來(lái)自DigiTimes等披露的消息，則表明了另一個(gè)尷尬表現(xiàn)的現(xiàn)狀：

原本打算率先在3nm工藝節(jié)點(diǎn)啟用GAAFET方案的三星(臺(tái)積電計(jì)劃2nm工藝啟用)遭遇了深陷泥潭的「工藝良率」困境!

猶如在此前7nm工藝階段的“不太順利”，熬過(guò)了5nm乃至4nm繼續(xù)“埋汰”的三星，據(jù)稱3nm工藝節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)線良率更低、徘徊在10%—20%之間。

三星使用了跟臺(tái)積電方面一樣、來(lái)自ASML供應(yīng)的EUV光刻機(jī)，卻并沒(méi)有達(dá)到臺(tái)積電制程技術(shù)的工藝水準(zhǔn)……那些認(rèn)為拿到EUV光刻機(jī)“萬(wàn)事大吉”的網(wǎng)友，真的想多了。

寄希望于“率先”使用「GAA環(huán)繞柵極」晶體管技術(shù)方案，想借此“跨越”臺(tái)積電的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，卻明顯讓三星方面栽了個(gè)大跟頭?

臺(tái)積電雖然看上去相對(duì)比較“保守”、繼續(xù)使用「FinFET鰭式場(chǎng)效應(yīng)」晶體管技術(shù)方案，反而更有把握實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)3nm工藝芯片的「高」良品率!

較早些的相關(guān)科技資訊曾指出：泛林半導(dǎo)體(Lam Research)已經(jīng)向三星出貨了適用于3nm工藝節(jié)點(diǎn) GAA芯片晶圓蝕刻設(shè)備，這似乎會(huì)讓三星陷入更加難堪的地步……

更進(jìn)一步的是，三星團(tuán)隊(duì)在DRAM(內(nèi)存芯片)工藝迭代方面，同樣被傳出了“失利”的消息：遭遇了邏輯芯片量產(chǎn)制造方面的“同樣問(wèn)題”。

隨著基于常規(guī)20nm工藝制造DRAM芯片變得相對(duì)落后，三星團(tuán)隊(duì)嘗試將14nm工藝DRAM芯片的制造、提升到13nm工藝的節(jié)點(diǎn)上。

萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到：從14nm到13nm僅僅1nm而已，三星依然栽了個(gè)大跟頭……沒(méi)搞定。

要知道，三星團(tuán)隊(duì)為了“攻克”1nm工藝的差距，已經(jīng)耗費(fèi)了長(zhǎng)達(dá)2年左右的研發(fā)時(shí)間!