三星為GAA晶體管“站臺(tái)發(fā)聲”多時(shí)
2021年6月，三星就率先宣布其基于GAA技術(shù)的3nm制程成已成功流片,。
隨后在2021年10月三星宣布將在2022年上半年搶先臺(tái)積電量產(chǎn)3nm GAA制程工藝,。
今年4月,，三星基于GAA晶體管的3nm工藝良率才到10％—20％，遠(yuǎn)低于預(yù)期,，這意味著公司需要付出更高的成本,。
今年5月，業(yè)界再次傳出消息,，三星3nm良率問(wèn)題已解決,，3nm GAA制程將如期量產(chǎn)。
6月,，三星的3nm制程已經(jīng)進(jìn)入了試驗(yàn)性量產(chǎn),。
然而就在幾天后,，市場(chǎng)卻又傳出三星因良率遠(yuǎn)低于目標(biāo)延遲3納米芯片量產(chǎn)的消息。
近日,，三星正式宣布,，基于3nm全環(huán)繞柵極（Gate－All－AroundT，簡(jiǎn)稱［GAA］）制程工藝節(jié)點(diǎn)的芯片已經(jīng)在其位于韓國(guó)的華城工廠啟動(dòng)大規(guī)模生產(chǎn),。
與5nm相比,，三星電子初代3nm GAA工藝可較5nm降低多達(dá)45％的功耗，同時(shí)提升23％的性能和減少16％的面積占用,。
展望未來(lái),，三星第二代3nm工藝更是可以將功耗降低多達(dá)50％，同時(shí)提升30％的性能和減少35％的面積占用,。
GAA架構(gòu)是“大膽而危險(xiǎn)”的嘗試
傳統(tǒng)的平面晶體管（Planar FET）通過(guò)降低電壓來(lái)節(jié)省功耗,。
然而，平面晶體管的短溝道效應(yīng)限制了電壓的繼續(xù)降低,，而FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的出現(xiàn)使得電壓得以再次降低,。
FinFET結(jié)構(gòu)2011年便開(kāi)始商業(yè)化，從22納米就已經(jīng)開(kāi)始采用,，至今已經(jīng)經(jīng)歷了11年的發(fā)展,。
雖然在芯片進(jìn)入到5nm之后，采用FinFET結(jié)構(gòu)的芯片開(kāi)始出現(xiàn)漏電等問(wèn)題,，但是相比較于嶄新的GAA結(jié)構(gòu),，仍是相對(duì)穩(wěn)定和成熟的技術(shù)。
但隨著工藝的繼續(xù)推進(jìn),，F(xiàn)inFET已經(jīng)不足以滿足需求,。
于是，GAA（Gate－all－around,，環(huán)繞柵極）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,。
不過(guò)，三星認(rèn)為采用納米線溝道設(shè)計(jì)不僅復(fù)雜,，且付出的成本可能也大于收益,。
因此，三星設(shè)計(jì)了一種全新的GAA形式——MBCFET（Multi－Bridge－Channel FET,，多橋－通道場(chǎng)效應(yīng)管）,，采用多層堆疊的納米片來(lái)替代GAAFET中的納米線。
工藝不穩(wěn)定等問(wèn)題在每一代節(jié)點(diǎn)中都會(huì)面臨,，這需要時(shí)間和技術(shù)上的改進(jìn)迭代,。
GAA的工藝并不比FinFET簡(jiǎn)單，它的發(fā)展也需要一個(gè)改進(jìn)的過(guò)程。
GAA雖然是在更小尺寸下更加被普遍看好的工藝結(jié)構(gòu),，但在3nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)中采用GAA架構(gòu),，仍是一個(gè)值得商榷的問(wèn)題。
所以高通等重要客戶對(duì)三星的3nm制程工藝目前都保持觀望態(tài)度,，不敢隨意進(jìn)行嘗試,。
三星率先量產(chǎn)3nm的“成功學(xué)”
如果僅從0到1的角度來(lái)分析,，三星是第一個(gè)量產(chǎn)3nm的廠商,，相比較與臺(tái)積電而言，固然是成功的,。
根據(jù)三星官方公布的聲明顯示,，基于其第一代的3nm GAA工藝的芯片與傳統(tǒng)的5nm工藝芯片相比，功耗降低了45％,，性能提高了23％,，面積可減少16％。
不過(guò),，以上公布的數(shù)據(jù)與三星之前透露的數(shù)據(jù)（性能將提升30％,，能耗降可低50％，邏輯面積效率提升超過(guò)45％）有一定程度的縮水,。
3nm GAA技術(shù)采用了更寬通的納米片,，與采用窄通道納米線的GAA技術(shù)相比能提供更高的性能和能耗比。
3nm GAA技術(shù)上,，三星能夠調(diào)整納米晶體管的通道寬度,，優(yōu)化功耗和性能，從而能夠滿足客戶的多元需求,。
利用3nm GAA技術(shù),，三星將能夠調(diào)整納米片的通道寬度，以優(yōu)化功耗和性能,，以滿足各種客戶需求,。
搶先登陸并不保證競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
三星此次搶先一步量產(chǎn)3nm芯片，并不意味著三星在與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了先機(jī),。
雖然三星采用市場(chǎng)現(xiàn)有方案,，可以做到3nm GAA技術(shù)量產(chǎn)，但關(guān)鍵是成本會(huì)增加,、交期會(huì)拉長(zhǎng),、良率提升速度慢、品質(zhì)不見(jiàn)得好,。
三星仍未實(shí)際接獲3nm訂單,，宣傳意義應(yīng)大于實(shí)質(zhì)意義。
實(shí)際上這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也沒(méi)有絕對(duì)的輸贏之分，因?yàn)榻^大部分晶圓代工廠商已經(jīng)完全告別了先進(jìn)制程的競(jìng)賽,。
這使得諸多客戶只能在臺(tái)積電和三星之間進(jìn)行［非此即彼］的選擇,，而臺(tái)積電一家的產(chǎn)能，也難以維持龐大的先進(jìn)制程市場(chǎng),。
因此,，哪怕三星的芯片有再次陷入性能滑鐵盧的風(fēng)險(xiǎn)，也依舊會(huì)有大批量的廠商愿意去試錯(cuò),。
結(jié)尾：
此前,，三星電子7nm和5nm制程產(chǎn)品均出現(xiàn)良率和功耗問(wèn)題，使高通等頭部客戶轉(zhuǎn)投臺(tái)積電,。近幾個(gè)月來(lái),，三星電子的良率情況曝光和代工業(yè)務(wù)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(fù)下游客戶的信心,。其基于GAA晶體管的3nm制程也正式開(kāi)啟了新的晶體管時(shí)代。
未來(lái),，臺(tái)積電,、三星、英特爾等先進(jìn)制程玩家的競(jìng)爭(zhēng)仍將繼續(xù),，這場(chǎng)逼近物理極限的戰(zhàn)爭(zhēng)“硝煙”正濃,。
部分資料參考：中國(guó)電子報(bào)：《三星3nm芯片搶先量產(chǎn)，臺(tái)積電輸了么,？》,，芯智訊：《三星3nm量產(chǎn)！真領(lǐng)先臺(tái)積電,，還是趕鴨子上架,？》，電子工程世界：《揭秘三星3nm GAA 技術(shù)》
