2nm研發(fā)取得重大突破！臺(tái)積電邁向GAA為什么比三星晚？

根據(jù)臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)報(bào)道，近日臺(tái)積電在2nm研發(fā)上取得重大突破，目前已找到路徑，將切入全環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管GAA，這是臺(tái)積電繼從鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管FinFET技術(shù)取得全球領(lǐng)先地位之后，向另一全新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)。

相比于臺(tái)積電在2nm制程才切入GAA，其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星則早在2年前其揭露3nm技術(shù)工藝時(shí)，就宣布從FinFET轉(zhuǎn)向GAA。

GAA-EFT相當(dāng)于FinFET的改良版

如果說FinEFT是平面式晶體管架構(gòu)的繼承者，那么GAA就相當(dāng)于FinFET的改良版。

在FinEFT提出之前，根據(jù)摩爾定律，芯片的工藝節(jié)點(diǎn)制程的極限將是35nm。為此，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）啟動(dòng)了一個(gè)名為“25nm開關(guān)”的計(jì)劃，致力于提升芯片容納集體管數(shù)目的上限，加州大學(xué)伯克利分校教授胡正明與其團(tuán)隊(duì)加入了這一計(jì)劃，試圖攻破制程難題。

使用平面式晶體管架構(gòu)最大的障礙在于隨著組件尺寸逐漸變小，當(dāng)晶體管處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)，電子容易流過柵極。于是，胡正明團(tuán)隊(duì)提出在硅基底上方垂直布設(shè)細(xì)傳導(dǎo)通道，控制電子流動(dòng)，這一架構(gòu)的外觀如同魚鰭，故被稱之為鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

1999年，胡正明團(tuán)隊(duì)發(fā)布了第一款45nm的FinEFT晶體管，且性能優(yōu)良。

胡正明教授預(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)已經(jīng)得到驗(yàn)證，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5nm甚至3nm。

與此同時(shí)，隨著工藝節(jié)點(diǎn)制程發(fā)展到3nm，晶體管溝道進(jìn)一步縮短，這時(shí)會(huì)發(fā)生量子遂穿效應(yīng)。為再一次突破極限，新的工藝技術(shù)GAA-EFT誕生了。

盡管GAA概念的提出要比FinEFT早10年左右，不過GAA相當(dāng)于FinEFT的改進(jìn)版，在3nm工藝節(jié)點(diǎn)遇到障礙的三星就已從FinFET工藝轉(zhuǎn)入到GAA，如今臺(tái)積電也將加入GAA的隊(duì)伍中。無論是三星還是臺(tái)積電，都將新工藝指向了GAA。

臺(tái)積電為何在2nm才計(jì)劃切入GAA工藝？

相比于三星，臺(tái)積電切入GAA工藝較晚，雖然這與臺(tái)積電本身FinFET的巨大成功有一定的關(guān)系，但可能更多的原因在于若采用新的工藝，從決定采用到最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，需要耗費(fèi)較長的時(shí)間周期。

當(dāng)年第一個(gè)采用FinEFT工藝并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)規(guī)模的公司Intel，就花了十年的時(shí)間才量產(chǎn)。相比FinEFT而言，GAA相對(duì)上一代工藝的變化并不太大，但從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化量產(chǎn)，依然需要一定的周期。

同時(shí)，臺(tái)積電也曾表示，3nm沿用FinEFT技術(shù)，主要是考量客戶在導(dǎo)入5nm制程的設(shè)計(jì)也能用在3nm制程中，無需面臨需要重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的問題，臺(tái)積電可以保持自身的成本競(jìng)爭(zhēng)力，獲得更多的客戶訂單。

從這一層面看，在3nm采取FinEFT、在2nm才計(jì)劃切入GAA的臺(tái)積電，或許更能贏得市場(chǎng)青睞。

6月營收環(huán)比大增，研發(fā)與量產(chǎn)的良性循環(huán)

臺(tái)積電在2nm切入GAA，同樣可能存在資金的考慮。

觀察臺(tái)積電近三年的研發(fā)費(fèi)用，其每年的研發(fā)費(fèi)用占據(jù)營收費(fèi)用的8%~9%，其營收逐年增加，研發(fā)費(fèi)用也隨之增多。

盡管不少人認(rèn)為，臺(tái)積電失去華為訂單將面臨營收風(fēng)險(xiǎn)，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1208.8億元新臺(tái)幣（折合287.54億元人民幣），較2019年6月增長了40.8%。這是自1999年來，臺(tái)積電月度營收首次超過1200億新臺(tái)幣，創(chuàng)下歷史新高。

此次營收大增的主要原因，可能是臺(tái)積電為蘋果A14處理器大規(guī)模量產(chǎn)，A14處理器由臺(tái)積電獨(dú)家代工，采用的是5nm工藝。

就臺(tái)積電目前在營收上取得的成績(jī)而言，臺(tái)積電在研發(fā)上的投入將持續(xù)增多，這也就意味著，臺(tái)積電將有更多的資金投入到2nm技術(shù)的研發(fā)，持續(xù)營收與研發(fā)的良性循環(huán)。

在同其他企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的過程中，臺(tái)積電始終保持自己的節(jié)奏，做出相對(duì)穩(wěn)妥的決定，此次計(jì)劃2nm導(dǎo)入GAA，是否會(huì)延續(xù)臺(tái)積電在FinFET的成功？