臺(tái)積電與三星的下一個(gè)“賽點(diǎn)”鎖定3nm

這一年半導(dǎo)體業(yè)的諸多巨變，埋下了日后草蛇灰線的因子，但追趕先進(jìn)工藝的步伐不曾放緩。作為可在先進(jìn)工藝上一較長(zhǎng)短的臺(tái)積電與三星，下一個(gè)“賽點(diǎn)”也鎖定在了3nm。

盡管3nm在當(dāng)下還只堪遠(yuǎn)眺，但它的步伐已然愈行愈近。

進(jìn)度

作為代工頭號(hào)大拿，臺(tái)積電可謂睥睨天下，目前最大的挑戰(zhàn)可能只是如何戰(zhàn)勝自己。畢竟，其在先進(jìn)工藝層面，仍端的是一騎絕塵。

自在10nm節(jié)點(diǎn)開始彎道超車以來，臺(tái)積電就在先進(jìn)工藝的賽道上執(zhí)牛耳。10nm工藝于2016年年底就已量產(chǎn)，在兩年前則量產(chǎn)7nm工藝，今年進(jìn)階到大規(guī)模量產(chǎn)5nm。按照這一時(shí)間進(jìn)度，3nm的量產(chǎn)也提上日程。

在第二季度臺(tái)積電的5nm工藝順利量產(chǎn)之際，臺(tái)積電CEO魏哲家再次談到了3nm工藝，重申進(jìn)展順利，計(jì)劃在2021年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2022年下半年大規(guī)模量產(chǎn)。

到了今年九月，臺(tái)積電就公布了其3nm工藝量產(chǎn)目標(biāo)，2022年下半年的單月生產(chǎn)能力上升到5.5萬片，到2023年的單月上升到10萬片。據(jù)悉蘋果已經(jīng)包攬下最早一批3nm產(chǎn)能。

這一速度比預(yù)期要快。

事實(shí)上之前臺(tái)積電原計(jì)劃是2023年量產(chǎn)3nm，沒想到居然提前了一年。而2023的計(jì)劃也準(zhǔn)備好了，就是3nm+。

對(duì)于臺(tái)積電來說，先進(jìn)工藝看似已無懸念，但其在今年遭遇最大的問題并不是疫情爆發(fā)導(dǎo)致的停工，而是失去了華為和高通兩大客戶。丟失了這兩大客戶不止對(duì)臺(tái)積電的營(yíng)收產(chǎn)生影響，或恐波及未來先進(jìn)工藝的投入及路徑選擇，臺(tái)積電能否借先行一步彌補(bǔ)落差呢？

不止于3nm

3nm已來，3nm+緊跟著浮出水面。

日前，臺(tái)積電官方正式宣布，將在2023年推出3nm工藝的增強(qiáng)版，該工藝將被命名為“3nm Plus”，首發(fā)客戶依然是蘋果。按蘋果一年更新一代芯片的速度，屆時(shí)使用3nm Plus工藝的將是“A17”芯片。

雖然臺(tái)積電官方并未透露出3nm Plus工藝的詳細(xì)信息，從以往的升級(jí)可以推測(cè)，預(yù)計(jì)將比3nm擁有更多的晶體管密度以及更低功耗。參照臺(tái)積電此前公布的3nm工藝，相比較5nm工藝，晶體管密度提升了15%，減少25~30%的功耗，并且?guī)?0~15%的性能提升。

不但如此，臺(tái)積電在2nm的工藝上也要領(lǐng)先于其他廠商，目前已取得了重大突破，有望在2023年進(jìn)行試產(chǎn)，2024年開始量產(chǎn)。如果真的如此，不知轉(zhuǎn)投三星懷抱的高通又該作何感想。

業(yè)界專家認(rèn)為，2nm工藝時(shí)即便是EUV***也要兩次圖形曝光技術(shù)，因此可能是要等ASML的0.55NA形變鏡頭設(shè)備推出才正式進(jìn)入2nm。

“每提升一代制程都會(huì)面臨根本性的改變，3nm +的特性仍然基于3nm，只是Size變化。但若進(jìn)入2nm世代應(yīng)是Model、特性都不同，相對(duì)復(fù)雜度和難度更高?！蹦撑_(tái)灣業(yè)內(nèi)士對(duì)此分析說。

路線

除3nm節(jié)點(diǎn)時(shí)間值得關(guān)注之外，技術(shù)路線的不同選擇也透露諸多深意。

之前傳聞臺(tái)積電在3nm節(jié)點(diǎn)會(huì)放棄FinFET晶體管工藝轉(zhuǎn)向GAA（環(huán)繞柵極晶體管），不過最新消息稱臺(tái)積電研發(fā)成功2nm工藝，將使用GAA，這意味著臺(tái)積電3nm節(jié)點(diǎn)還會(huì)采用傳統(tǒng)的FinFET工藝。

業(yè)界知名專家莫大康對(duì)此表示，這說明臺(tái)積電在FinFET的工藝強(qiáng)，晶圓代工芯片的性能除架構(gòu)之外，還有工藝掌握度需要考量，比如良率等等。

國(guó)內(nèi)另一行業(yè)人士則直言，選擇何種路線一方面要看客戶的喜好和器件技術(shù)性能，另一方面要對(duì)技術(shù)成熟度以及成本等多方面進(jìn)行考量。

對(duì)于老成持重的臺(tái)積電來說，這一選擇必是經(jīng)過權(quán)衡和取舍之后的決策，畢竟上百億美元的投入，無論是冒進(jìn)還是保守都須慎之又慎。而采用FinFET意味著臺(tái)積電在相同的制程技術(shù)與流程下進(jìn)入3nm世代，不用變動(dòng)太多的生產(chǎn)工具，也能有較具優(yōu)勢(shì)的成本結(jié)構(gòu)。對(duì)客戶來說，也將不用進(jìn)行太多的設(shè)計(jì)變更，減少很多不必要的生產(chǎn)成本。若最終的產(chǎn)品性能還能與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手平起平坐，那臺(tái)積電或?qū)⒃?nm世代再勝一籌。

作為一直在追趕的三星來說，卻率先以GAA來開道。三星一直希望在3nm工藝上實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)積電的反超，改用GAA能否達(dá)成所愿？

據(jù)年初韓媒報(bào)道，三星電子已成功開發(fā)3nm制程，預(yù)計(jì)將于2022年開啟大規(guī)模量產(chǎn)。報(bào)道稱，與三星電子的5nm工藝相比，3nm制程能將芯片尺寸縮小35%，功耗降低50%，性能提升30%。

雖然GAA新架構(gòu)的效能更佳，但要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的難度遠(yuǎn)高于 FinFET 架構(gòu)。作為GAA技術(shù)的領(lǐng)頭羊，三星究竟能否解決在設(shè)備、材料以及互連等諸多層面的挑戰(zhàn)，借由3nm工藝翻盤，還需要時(shí)間加以證明。

目前來看，3nm工藝將成為各家晶圓代工廠競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。除了臺(tái)積電與三星以外，英特爾也對(duì)3nm抱有極大期望，并計(jì)劃在5nm工藝階段就放棄FinFET，轉(zhuǎn)向GAA。

自FinFET在20nm之后，一直主導(dǎo)工藝的進(jìn)階，在14nm、12nm、7nm、5nm等節(jié)點(diǎn)功成名就，但在3nm之際迎來了即將“取而代之”的“對(duì)手”，之后的2nm或?qū)⒐笆窒嘧層贕AA。登上舞臺(tái)不到十年，先進(jìn)工藝的使命到這劃上了句點(diǎn)。

盡管上萬億的IoT市場(chǎng)為FinFET帶來了新的想象空間，但畢竟那是非主場(chǎng)的舞臺(tái)了。

在市場(chǎng)需求、技術(shù)進(jìn)步的大潮之下，從平面MOSFET到FinFET，再到接下來的GAA，一切工藝都是為更高性能、更高集成度的芯片服務(wù)。巨頭們?cè)?nm節(jié)點(diǎn)處必有一戰(zhàn)，而勝者將成為新的王者。
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