臺(tái)積電邁向GAA,2nm芯片取得重大突破
據(jù)報(bào)道,臺(tái)積電在 2nm 研發(fā)有重大突破,并且已成功找到路徑,臺(tái)積電2nm預(yù)計(jì)將在2023至2024推出,該技術(shù)為切入環(huán)繞式柵極技術(shù) (gate-all-around,簡(jiǎn)稱(chēng) GAA技術(shù))。盡管5nm剛實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)不久,臺(tái)積電和三星就開(kāi)始瞄準(zhǔn)更先進(jìn)的制程。
1、GAA技術(shù)給摩爾定律續(xù)命,胡正明團(tuán)隊(duì)的FinFET到瓶頸了?
報(bào)道中的另外一個(gè)重點(diǎn)是,此番臺(tái)積電將切入GAA技術(shù),而在此前之前還宣布臺(tái)積電在3nm節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)使用FinFET工藝。
FinFET工藝全稱(chēng)Fin Field-Effect Transistor,中文名叫鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。FinFET命名根據(jù)晶體管的形狀與魚(yú)鰭的相似性。
隨著技術(shù)的不斷演進(jìn),工藝節(jié)點(diǎn)制程也在不斷突破極限。
在現(xiàn)在廣泛使用的FinEFT技術(shù)提出之前,根據(jù)摩爾定律,芯片的工藝節(jié)點(diǎn)制程的極限是35nm。
提到FinEFT技術(shù),就不得不提到一個(gè)人,那就加州大學(xué)伯克利分校的胡正明教授,他可是被稱(chēng)作是拯救了摩爾定律的男人。
FinEFT工藝由胡正明團(tuán)隊(duì)率先提出并研發(fā)成功,當(dāng)時(shí)預(yù)測(cè)該晶體管器件能夠使工藝節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展到20nm以下,這一預(yù)測(cè)在今天已經(jīng)得到了驗(yàn)證。
在2011年初,英特爾推出了商業(yè)化的FinFEt,他們?cè)?2nm的第三代酷睿處理器上第一次使用FinFET工藝。臺(tái)積電等主要半導(dǎo)體代工企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始陸續(xù)推出自己的 FinFEt。從2012年起, FinFet已經(jīng)開(kāi)始向20mm節(jié)點(diǎn)和14nm節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。
并且,依托FinEFT技術(shù),芯片工藝節(jié)點(diǎn)制程已經(jīng)發(fā)展到7nm,5nm甚至是3nm,也遇到了瓶頸。FinFET 本身的尺寸已經(jīng)縮小至極限后,無(wú)論是鰭片距離、短溝道效應(yīng)、還是漏電和材料極限也使得晶體管制造變得岌岌可危,甚至物理結(jié)構(gòu)都無(wú)法完成。
于是比FinEFT提出要早上10年的GAA又重新進(jìn)入了人們的視野。
FinFET工藝實(shí)質(zhì)上就是在原有的平面上晶體管架構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)柵極,這樣可以讓尺寸很小的晶體管減少漏電。因?yàn)榇蟛糠值穆╇娛莵?lái)自于溝道下方的流通區(qū)域,也就是短溝道效應(yīng)。
全環(huán)繞柵(gate-all-around)是FinFET技術(shù)的演進(jìn),可以用來(lái)抑制短溝道效應(yīng)的技術(shù)。
事實(shí)上,GAA也只是一個(gè)技術(shù)代稱(chēng),臺(tái)積電的GAA邏輯制程跟三星電子GAA肯定有所不同,臺(tái)積電此舉大概是告訴大家,F(xiàn)inFET的極限就是3nm了,之后要用GAA概念去量產(chǎn)2nm。
2、2nm市場(chǎng),臺(tái)積電三星「劍拔弩張」,Intel「笑看風(fēng)云」
臺(tái)積電和三星電子的技術(shù)轉(zhuǎn)變其實(shí)是給GAA正名:GAA確實(shí)是之后芯片的發(fā)展趨勢(shì)。
臺(tái)積電和三星在芯片制程上的方向是類(lèi)似的。三星前段時(shí)間率先宣布在3nm導(dǎo)入GAA技術(shù),并「大放厥詞」:2030年要超過(guò)臺(tái)積電,取得全球邏輯芯片代工龍頭地位。這也算是為兩家企業(yè)2-3nm制程的市場(chǎng)之戰(zhàn)吹響了號(hào)角。
臺(tái)積電宣布在2nm制程中引入GAA也算是對(duì)三星「宣戰(zhàn)」的回應(yīng)。除了和三星的「明爭(zhēng)暗斗」,此次2nm研發(fā)決策還和臺(tái)積電的經(jīng)營(yíng)狀況有關(guān)。
臺(tái)積電的營(yíng)收成績(jī)逐步走高。盡管華為訂單「懸而未決」,但根據(jù)臺(tái)積電官網(wǎng)7月10日消息,臺(tái)積電6月凈收入約為287.5億人民幣(1208.8億新臺(tái)幣),較2019年6月增長(zhǎng)了40.8%。這也是自1999年以來(lái),臺(tái)積電月度營(yíng)收首次超過(guò)1200億新臺(tái)幣,創(chuàng)下歷史新高。
臺(tái)積電近三年都拿出了營(yíng)收費(fèi)用的8%-9%來(lái)用于研發(fā)。營(yíng)收的增多,也意味著研發(fā)費(fèi)用的增多。因此,營(yíng)收上漲也代表臺(tái)積電在技術(shù)革新方面「燒錢(qián)」更猛了。
盡管臺(tái)積電和三星在2nm-3nm市場(chǎng)「劍拔弩張」,但是Intel卻毫不在乎——Intel的發(fā)展理念和這兩位還是有很多不同。
比起沖擊新的制程,Intel依然堅(jiān)守14nm。知乎用戶(hù)@Castor 就表?yè)P(yáng)Intel對(duì)14nm的「專(zhuān)情」。
Intel在制程上并不是沒(méi)有做出努力。其實(shí)Intel現(xiàn)在也有10nm的產(chǎn)品,但是主流還是14nm,主要是10nm的步子邁大了,整體質(zhì)量都沒(méi)有起來(lái)。
另一方面,Intel的先進(jìn)制程是給自家CPU用的,因此量產(chǎn)和代工量這方面,相較臺(tái)積電,考慮的少一些。Intel是是強(qiáng)調(diào)頻率的,10nm成本高且跑高頻方面比不過(guò)自家成熟的14nm++,所以14nm只能繼續(xù)挑大梁了。
3、2nm風(fēng)云后的芯片市場(chǎng):幾家歡喜幾家愁
說(shuō)到臺(tái)積電不得不提華為。據(jù)悉,臺(tái)積電將從9月15日開(kāi)始對(duì)華為斷供。
斷供如果是第一打擊,那么2nm芯片制程工藝讓華為芯片雪上加霜。如果沒(méi)有了先進(jìn)制程工藝的加持,「麒麟」的性能將寸步難行,很難再與高通「驍龍」,三星「獵戶(hù)座」等競(jìng)品相提并論。手機(jī)游戲與軟件的發(fā)展對(duì)手機(jī)性能的要求逐步提高,如果華為不關(guān)注芯片制程和性能,那么未來(lái)發(fā)展將會(huì)受到局限。
除了華為,中芯國(guó)際的壓力也陡然增大。中芯國(guó)際今年實(shí)現(xiàn)了14nm 的量產(chǎn),與目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的5nm工藝還有三個(gè)代差。盡管中芯國(guó)際被「寄予厚望」,但能否不負(fù)眾望還未可知。
AMD作為臺(tái)積電的客戶(hù)當(dāng)然是開(kāi)心的,臺(tái)積電的制程進(jìn)步很大概率上意味著它能夠?yàn)锳MD提供更好的產(chǎn)品。三星和臺(tái)積電之間良性的競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展。