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。