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)柵場效應(yīng)晶體管GAA,這是臺(tái)積電繼從鰭式場效應(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,其競爭對(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,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爭力,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)競爭的過程中,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?