文|芯東西 高歌

編輯|Panken

芯東西6月30日報道，今天上午，三星電子官宣，已開始量產(chǎn)基于GAA晶體管（Gate-All-Around FET，全環(huán)繞柵極）結構的3nm芯片。

與5nm制程相比，3nm制程降低了45%的功耗，提升了23%的性能，并減小了16%的面積。三星電子正在位于首爾南部華城市的晶圓廠生產(chǎn)3nm芯片。

這是全球首次采用GAA晶體管結構的芯片，標志著芯片制造進入了新的時代。三星電子稱，其GAA晶體管芯片將應用于高性能、低功耗計算領域，并計劃擴展到移動處理器。

據(jù)外媒報道，一家中國礦機芯片公司將成為三星電子3nm制程的首位客戶，高通也預定了三星電子的3nm制程。

01.晶體管結構進入GAA時代，第二代3nm制程性能參數(shù)宣布

三星電子稱，其3nm制程正在使用MBCFET（Multi-Bridge-Channel，多橋通道晶體管）技術，這是基于GAA晶體管結構的一種技術。該技術通過降低供應電源水平，提升了芯片電流和功率，首次突破了FinFET晶體管（Fin Field-Effect Transistor，鰭式場效應晶體管）的性能限制。

相比于GAA技術的納米線和納米片通道，三星電子采用的MBCFET技術具有更寬的通道，具備更高的性能和更好的能效表現(xiàn)。

▲三星電子晶體管結構路線圖（圖片來源：三星電子）

三星電子的3nm制程將能夠調(diào)整通道寬度，以適應更多客戶的需要。三星電子還強調(diào)，其GAA技術的設計優(yōu)勢來自于DTCO（設計技術協(xié)同優(yōu)化），這能夠幫助提升芯片的PPA（性能、功率、面積）。

和5nm制程相比，三星電子的第一代3nm制程能夠降低45%的功耗，提升了23%的性能，并減小16%的面積。而第二代3nm制程將有進一步的優(yōu)化，將降低50%的功耗，提升30%的性能，降低35%的面積。

此外，三星電子還提到，自2021年第三季度開始，其和Ansys、Cadence、Siemens、Synopsys等SAFE（Samsung Advanced Foundry Ecosystem）合作伙伴一起提供了經(jīng)過驗證的設計基礎，這幫助三星電子的客戶在短時間內(nèi)完善了它們的產(chǎn)品。

三星電子總裁兼代工業(yè)務負責人Siyoung Choi稱：“我們將繼續(xù)在具有競爭力的技術開發(fā)中積極創(chuàng)新，并建立有助于加速技術成熟的流程。”

據(jù)日經(jīng)亞洲報道，三星電子正在位于韓國首爾南部的華城市生產(chǎn)3nm芯片。

02.三星3nm首個客戶或為中國公司，臺積電下半年量產(chǎn)3nm

據(jù)外媒報道，三星電子3nm制程的首個客戶是中國挖礦芯片公司，也有消息稱三星電子已收到高通的預定訂單，高通將隨時能夠采用其3nm工藝。

本月初，三星電子副會長李在镕訪問歐洲，拜訪了包括IMEC（比利時微電子研究中心）和荷蘭光刻機公司ASML在內(nèi)的重要供應鏈機構和公司。

當前，三星電子正在美國德克薩斯州泰勒市投資170億美元，建設新的先進制程晶圓廠。該工廠計劃于2024年下半年投產(chǎn)，占地超過500萬平方米。三星電子將該晶圓廠和其位于韓國平澤市的晶圓廠并列，將兩處的晶圓廠視作其未來全球半導體制造的關鍵。

除了三星電子，臺積電也計劃在今年下半年量產(chǎn)3nm制程（N3工藝）。

不過相比于三星電子的3nm制程，臺積電的N3工藝仍將采用FinFET晶體管結構。此外，臺積電還宣布，將在2025年前量產(chǎn)2nm芯片。

據(jù)悉，臺積電3nm的首批客戶將包括英特爾、蘋果兩大科技巨頭。

03.結語：三星率先開啟GAA晶體管時代，先進制程之戰(zhàn)進入白熱化

隨著先進制程不斷演進，先進制程芯片制造的難度不斷增大，這也為三星電子帶來了不少挑戰(zhàn)。此前，三星電子7nm和5nm制程產(chǎn)品均出現(xiàn)良率和功耗問題，使高通等頭部客戶轉(zhuǎn)投臺積電。近幾個月來，三星電子的良率情況曝光和代工業(yè)務高管人事調(diào)整不斷。

但本次三星電子能夠如期完成3nm制程的量產(chǎn)，或有助于恢復下游客戶的信心。其基于GAA晶體管的3nm制程也正式開啟了新的晶體管時代。未來，臺積電、三星、英特爾等先進制程玩家的競爭仍將繼續(xù)，這場逼近物理極限的戰(zhàn)爭“硝煙”正濃。