這一年半導體業的諸多巨變,埋下了日后草蛇灰線的因子,但追趕先進工藝的步伐不曾放緩。作為可在先進工藝上一較長短的臺積電與三星,下一個“賽點”也鎖定在了3nm。
盡管3nm在當下還只堪遠眺,但它的步伐已然愈行愈近。
進度
作為代工頭號大拿,臺積電可謂睥睨天下,目前最大的挑戰可能只是如何戰勝自己。畢竟,其在先進工藝層面,仍端的是一騎絕塵。
自在10nm節點開始彎道超車以來,臺積電就在先進工藝的賽道上執牛耳。10nm工藝于2016年年底就已量產,在兩年前則量產7nm工藝,今年進階到大規模量產5nm。按照這一時間進度,3nm的量產也提上日程。
在第二季度臺積電的5nm工藝順利量產之際,臺積電CEO魏哲家再次談到了3nm工藝,重申進展順利,計劃在2021年風險試產,2022年下半年大規模量產。
到了今年九月,臺積電就公布了其3nm工藝量產目標,2022年下半年的單月生產能力上升到5.5萬片,到2023年的單月上升到10萬片。據悉蘋果已經包攬下最早一批3nm產能。
這一速度比預期要快。
事實上之前臺積電原計劃是2023年量產3nm,沒想到居然提前了一年。而2023的計劃也準備好了,就是3nm+。
對于臺積電來說,先進工藝看似已無懸念,但其在今年遭遇最大的問題并不是疫情爆發導致的停工,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臺積電的營收產生影響,或恐波及未來先進工藝的投入及路徑選擇,臺積電能否借先行一步彌補落差呢?
不止于3nm
3nm已來,3nm+緊跟著浮出水面。
日前,臺積電官方正式宣布,將在2023年推出3nm工藝的增強版,該工藝將被命名為“3nm Plus”,首發客戶依然是蘋果。按蘋果一年更新一代芯片的速度,屆時使用3nm Plus工藝的將是“A17”芯片。
雖然臺積電官方并未透露出3nm Plus工藝的詳細信息,從以往的升級可以推測,預計將比3nm擁有更多的晶體管密度以及更低功耗。參照臺積電此前公布的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,并且帶來10~15%的性能提升。
不但如此,臺積電在2nm的工藝上也要領先于其他廠商,目前已取得了重大突破,有望在2023年進行試產,2024年開始量產。如果真的如此,不知轉投三星懷抱的高通又該作何感想。
業界專家認為,2nm工藝時即便是EUV***也要兩次圖形曝光技術,因此可能是要等ASML的0.55NA形變鏡頭設備推出才正式進入2nm。
“每提升一代制程都會面臨根本性的改變,3nm +的特性仍然基于3nm,只是Size變化。但若進入2nm世代應是Model、特性都不同,相對復雜度和難度更高?!蹦撑_灣業內士對此分析說。
路線
除3nm節點時間值得關注之外,技術路線的不同選擇也透露諸多深意。
之前傳聞臺積電在3nm節點會放棄FinFET晶體管工藝轉向GAA(環繞柵極晶體管),不過最新消息稱臺積電研發成功2nm工藝,將使用GAA,這意味著臺積電3nm節點還會采用傳統的FinFET工藝。
業界知名專家莫大康對此表示,這說明臺積電在FinFET的工藝強,晶圓代工芯片的性能除架構之外,還有工藝掌握度需要考量,比如良率等等。
國內另一行業人士則直言,選擇何種路線一方面要看客戶的喜好和器件技術性能,另一方面要對技術成熟度以及成本等多方面進行考量。
對于老成持重的臺積電來說,這一選擇必是經過權衡和取舍之后的決策,畢竟上百億美元的投入,無論是冒進還是保守都須慎之又慎。而采用FinFET意味著臺積電在相同的制程技術與流程下進入3nm世代,不用變動太多的生產工具,也能有較具優勢的成本結構。對客戶來說,也將不用進行太多的設計變更,減少很多不必要的生產成本。若最終的產品性能還能與競爭對手平起平坐,那臺積電或將在3nm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工藝上實現對臺積電的反超,改用GAA能否達成所愿?
據年初韓媒報道,三星電子已成功開發3nm制程,預計將于2022年開啟大規模量產。報道稱,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新架構的效能更佳,但要實現量產的難度遠高于 FinFET 架構。作為GAA技術的領頭羊,三星究竟能否解決在設備、材料以及互連等諸多層面的挑戰,借由3nm工藝翻盤,還需要時間加以證明。
目前來看,3nm工藝將成為各家晶圓代工廠競爭的關鍵點。除了臺積電與三星以外,英特爾也對3nm抱有極大期望,并計劃在5nm工藝階段就放棄FinFET,轉向GAA。
自FinFET在20nm之后,一直主導工藝的進階,在14nm、12nm、7nm、5nm等節點功成名就,但在3nm之際迎來了即將“取而代之”的“對手”,之后的2nm或將拱手相讓于GAA。登上舞臺不到十年,先進工藝的使命到這劃上了句點。
盡管上萬億的IoT市場為FinFET帶來了新的想象空間,但畢竟那是非主場的舞臺了。
在市場需求、技術進步的大潮之下,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。巨頭們在3nm節點處必有一戰,而勝者將成為新的王者。
責任編輯:tzh
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