三星電子首次實現(xiàn) GAA" 多橋，打破 FinFET 技術(shù)的性能限制

6月20日消息，據(jù)BusinessKorea報道，三星電子正計劃通過在未來三年內(nèi)打造3納米GAA(Gate-all-around)工藝來追趕世界第一大代工公司——臺積電。

2021年6月，三星就率先宣布其基于GAA技術(shù)的3nm制程成已成功流片(Tape Out)。隨后在2021年10月的“Samsung Foundry Forum 2021”活動上，三星宣布將在2022年上半年搶先臺積電量產(chǎn)3nm GAA制程工藝。

對于在3nm量產(chǎn)上超越臺積電，三星方面也是信心滿滿。三星Device Solution事業(yè)部技術(shù)負責(zé)人Jeong Eun-seung去年就曾表示，“三星2017年才成立晶圓代工事業(yè)部，但憑借公司在存儲制造方面的專長，超越臺積電指日可待。”他還舉例指出，三星曾領(lǐng)先臺積電開量產(chǎn)采用FinFET技術(shù)的14nm工藝。

雖然之前業(yè)界有很多關(guān)于三星3nm良率過低而導(dǎo)致量產(chǎn)遇阻的傳聞(今年年初有爆料稱，三星3nm GAA制程的良率僅10%~20%)，但是三星仍然是在2022年上半年的最后一天(6月30日)正式宣布成功量產(chǎn)3nm GAA工藝，以兌現(xiàn)其之前的承諾。

據(jù)悉，GAA是下一代工藝技術(shù)，改進了半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)，使柵極可以接觸到晶體管的所有四面，而不是目前FinFET工藝的三面，GAA結(jié)構(gòu)可以比FinFET工藝更精確地控制電流。

據(jù)悉，GAA 是下一代工藝技術(shù)，改進了半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)，使柵極可以接觸到晶體管的所有四面，而不是目前 FinFET 工藝的三面，GAA 結(jié)構(gòu)可以比 FinFET 工藝更精確地控制電流。

根據(jù) TrendForce 的數(shù)據(jù)，在 2021 年第四季度，臺積電占全球代工市場的 52.1%，遠遠超過三星電子的 18.3%。

三星電子正押注于將 GAA 技術(shù)應(yīng)用于3納米工藝，以追趕臺積電。據(jù)報道，這家韓國半導(dǎo)體巨頭在6月初將3納米GAA工藝的晶圓用于試生產(chǎn)，成為全球第一家使用GAA技術(shù)的公司。三星希望通過技術(shù)上的飛躍，快速縮小與臺積電的差距。3 納米工藝將半導(dǎo)體的性能和電池效率分別提高了 15% 和 30%，同時與 5 納米工藝相比，芯片面積減少了35%。

繼今年上半年將 GAA 技術(shù)應(yīng)用于其 3 納米工藝后，三星計劃在 2023 年將其引入第二代 3 納米芯片，并在 2025 年大規(guī)模生產(chǎn)基于 GAA 的 2 納米芯片。臺積電的戰(zhàn)略是在今年下半年使用穩(wěn)定的 FinFET 工藝進入 3 納米半導(dǎo)體市場，而三星電子則押注于 GAA 技術(shù)。

專家稱，如果三星在基于 GAA 的 3 納米工藝中保證了穩(wěn)定的產(chǎn)量，它就能成為代工市場的游戲規(guī)則改變者。臺積電預(yù)計將從 2 納米芯片開始引入 GAA 工藝，并在 2026 年左右發(fā)布第一個產(chǎn)品。對于三星電子來說，未來三年將是一個關(guān)鍵時期。

最近，三星宣布，在未來五年內(nèi)，將在半導(dǎo)體等關(guān)鍵行業(yè)投資共計 450 萬億韓元(約 2.34 萬億元人民幣)。然而，三星在 3 納米工藝良率方面遇到了障礙。與三星一樣，臺積電在提高 3 納米工藝的產(chǎn)量方面也有困難。

臺積電原本計劃從 7 月開始用 3 納米技術(shù)為英特爾和蘋果大規(guī)模生產(chǎn)半導(dǎo)體，但據(jù)DigiTimes 報道稱，臺積電在確保 3 納米工藝的理想產(chǎn)量方面遇到了困難，因此多次修改其技術(shù)路線圖。三星電子首次實現(xiàn) GAA" 多橋 - 通道場效應(yīng)晶體管 "(簡稱 : MBCFETTM Multi-Bridge-Channel FET)應(yīng)用打破了 FinFET 技術(shù)的性能限制，通過降低工作電壓水平來提高能耗比，同時還通過增加驅(qū)動電流增強芯片性能。三星首先將納米片晶體管應(yīng)用于高性能、低功耗計算領(lǐng)域的半導(dǎo)體芯片，并計劃將其擴大至移動處理器領(lǐng)域。

3nmGAA 技術(shù)采用了更寬通的納米片，與采用窄通道納米線的 GAA 技術(shù)相比能提供更高的性能和能耗比。3 納米 GAA 技術(shù)上，三星能夠調(diào)整納米晶體管的通道寬度，優(yōu)化功耗和性能，從而能夠滿足客戶的多元需求。此外，GAA 的設(shè)計靈活性對設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化(DTCO ) 非常有利，有助于實現(xiàn)更好的 PPA 優(yōu)勢。與三星 5nm 工藝相比，第一代 3nm 工藝可以使功耗降低 45%，性能提升 23%，芯片面積減少 16%;而未來第二代 3nm 工藝則使功耗降低 50%，性能提升 30%，芯片面積減少 35%。

三星電子也面臨著類似的情況，3 納米工藝的試生產(chǎn)用晶圓已經(jīng)投入使用，但由于良率低的問題，該公司一直在推遲宣布正式的大規(guī)模生產(chǎn)。現(xiàn)代汽車證券的研究主管 Roh Keun-chang 說：“除非三星電子為其 7納米 或更先進的工藝確保足夠的客戶，否則可能會加劇投資者對三星電子未來業(yè)績的焦慮。

根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，在2021年第四季度，臺積電占全球代工市場的52.1%，遠遠超過三星電子的18.3%。

三星電子正押注于將GAA技術(shù)應(yīng)用于3納米工藝，以追趕臺積電。據(jù)報道，這家韓國半導(dǎo)體巨頭在6月初將3納米GAA工藝的晶圓用于試生產(chǎn)，成為全球第一家使用GAA技術(shù)的公司。三星希望通過技術(shù)上的飛躍，快速縮小與臺積電的差距。3納米工藝將半導(dǎo)體的性能和電池效率分別提高了15%和30%，同時與5納米工藝相比，芯片面積減少了35%。

繼今年上半年將GAA技術(shù)應(yīng)用于其3納米工藝后，三星計劃在2023年將其引入第二代3納米芯片，并在2025年大規(guī)模生產(chǎn)基于GAA的2納米芯片。臺積電的戰(zhàn)略是在今年下半年使用穩(wěn)定的FinFET工藝進入3納米半導(dǎo)體市場，而三星電子則押注于GAA技術(shù)。

專家稱，如果三星在基于GAA的3納米工藝中保證了穩(wěn)定的產(chǎn)量，它就能成為代工市場的游戲規(guī)則改變者。臺積電預(yù)計將從2納米芯片開始引入GAA工藝，并在2026年左右發(fā)布第一個產(chǎn)品。對于三星電子來說，未來三年將是一個關(guān)鍵時期。

三星電子的 3nm 芯片采用了 MBCFET ( Multi-Bridge-Channel FET ) GAA 架構(gòu)，通過降低電源電壓和增強驅(qū)動電流能力，能有效提高功率。并且，三星還在高性能智能手機處理器的半導(dǎo)體芯片中也使用過納米片晶體管。與納米線技術(shù)相比，擁有更寬通道的納米片具有更高的性能和效率。三星電子的客戶可以通過調(diào)整納米片的寬度，來定制自己需要的功耗和性能指標(biāo)。

為了幫助芯片客戶和合作伙伴設(shè)計更好的芯片，并驗證他們的想法需求，三星代工提供了一個穩(wěn)定的設(shè)計環(huán)境。通過SAFE(三星先進代工生態(tài)系統(tǒng))合作伙伴，如Ansys、Cadence、西門子和Synopsys，客戶可以減少芯片設(shè)計、驗證和批準(zhǔn)過程所需的時間，并提高產(chǎn)品的可靠性。

三星電子總裁兼代工負責(zé)人Siyoung Choi博士表示:“三星電子將把下一代技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)方面，并繼續(xù)展現(xiàn)出領(lǐng)先地位。我們將在競爭性技術(shù)開發(fā)方面繼續(xù)積極創(chuàng)新，建立有助于加快技術(shù)成熟度的流程?！?