臺(tái)積電3nm今年底投片，蘋果成第一家客戶！三星GAA和臺(tái)積電FinFET，誰(shuí)更有競(jìng)爭(zhēng)力？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）8月17日消息，據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，今年底蘋果將是第一家采用臺(tái)積電3nm投片的客戶，首款產(chǎn)品可能是M2 Pro處理器，明年包括新款iPhone專用A17應(yīng)用處理器，以及M2及M3系列處理器，都會(huì)導(dǎo)入臺(tái)積電3nm芯片。

而在臺(tái)積電3nm量產(chǎn)之前，三星已經(jīng)在今年6月30日宣布，其采用全環(huán)繞柵極晶體管架構(gòu)的3nm制程工藝，在當(dāng)日開(kāi)始初步生產(chǎn)芯片，據(jù)外媒報(bào)道，三星電子采用3nm工藝代工的首批芯片，定于7月25日出貨。臺(tái)積電、三星的3nm之爭(zhēng)似乎已經(jīng)拉開(kāi)帷幕。

臺(tái)積電3nm獲得更多客戶青睞

今年7月中旬，臺(tái)積電在法人宣講會(huì)中就指出，3nm制程將于今年下半年量產(chǎn)，并于2023年上半年貢獻(xiàn)營(yíng)收，增強(qiáng)版3nm制程將在3nm量產(chǎn)一年后量產(chǎn)，3nm及增強(qiáng)版3nm制程主要應(yīng)用為智能手機(jī)及高性能運(yùn)算。

據(jù)臺(tái)積電此前介紹，該公司3nm工藝有多種不同版本，N3是最早也是最標(biāo)準(zhǔn)的3nm，它面向有超強(qiáng)投資能力、追求新工藝的早期客戶，比如蘋果，對(duì)比N5，功耗可降低約25-30%，性能可提升10-15%，晶體管密度可提升約70%。

Ehanced增強(qiáng)版N3E在N3的基礎(chǔ)上提升性能、降低功耗、擴(kuò)大應(yīng)用范圍，對(duì)比N5，同等性能和密度下功耗降低34%、同等功耗和密度下性能提升18%，或可將晶體管密度提升60%。臺(tái)積電稱，N3E可以達(dá)到比N4X更高的頻率。

另外還有N3P，Performance性能增強(qiáng)版；N3X超高性能版，不在乎功耗和成本。

早前就有多家大型芯片公司表示將采用臺(tái)積電3nm工藝，據(jù)之前報(bào)道，本來(lái)英特爾和蘋果一起會(huì)成為臺(tái)積電3nm首發(fā)客戶，不過(guò)近來(lái)有消息顯示，英特爾3nm訂單幾乎全部取消，14代酷睿GPU趕不上3nm工藝首發(fā)。隨著英特爾退出，臺(tái)積電3nm首發(fā)客戶就只剩蘋果了。

不過(guò)未來(lái)英特爾、AMD、NVIDIA、聯(lián)發(fā)科、高通、博通等都規(guī)劃采用臺(tái)積電3nm工藝，英特爾預(yù)計(jì)在明年下半年采用3nm生產(chǎn)處理器芯片，NVIDIA、聯(lián)發(fā)科、博通、AMD等預(yù)計(jì)將會(huì)在2023年到2024年陸續(xù)完成3nm芯片設(shè)計(jì)并開(kāi)始量產(chǎn)。

相比之下，三星雖然已經(jīng)使用3nm GAA制程為客戶生產(chǎn)芯片，然而并未公布客戶名單，有消息透露，三星3nm首批客戶是三星電子自身及一家礦機(jī)芯片廠商上海磐矽半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，另外三星的大客戶高通未來(lái)可能會(huì)采用三星3nm工藝。

從目前的情況來(lái)看，雖然三星趕在臺(tái)積電之前量產(chǎn)了3nm工藝，而且更是比臺(tái)積電更早用上了GAA，臺(tái)積電在3nm仍然使用FinFET，將在2nm工藝使用GAA，不過(guò)從客戶的青睞程度來(lái)看，臺(tái)積電使用成熟的FinFET的3nm工藝似乎更被看好。

三星在3nm率先使用GAA，是否更具競(jìng)爭(zhēng)力

就如前文所言，臺(tái)積電3nm制程節(jié)點(diǎn)仍然使用FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管），而三星在3nm節(jié)點(diǎn)上激進(jìn)的選擇了GAA晶體管技術(shù)。臺(tái)積電此前表示，3nm繼續(xù)使用FinFET晶體管是綜合考慮，能提供給客戶最成熟的技術(shù)、最好的效能及最佳的成本。

FinFET全稱Fin Field-Effect Transistor，中文名叫鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是一種新的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管，F(xiàn)inFET命名根據(jù)晶體管的形狀與魚鰭的相似性。

在傳統(tǒng)晶體管結(jié)構(gòu)中，控制電流通過(guò)的閘門，只能在閘門的一側(cè)控制電路的接通與斷開(kāi)，屬于平面的架構(gòu)。在FinFET的架構(gòu)中，閘門成類似魚鰭的叉狀3D架構(gòu)，可于電路的兩側(cè)控制電路的接通與斷開(kāi)。這種設(shè)計(jì)可以大幅改善電路控制并減少漏電流，也可縮短晶體管的柵長(zhǎng)。

在2011年初，英特爾推出商業(yè)化的FinFET，在其22nm節(jié)點(diǎn)工藝上使用，臺(tái)積電等主要的晶圓代工企業(yè)也開(kāi)始推出自己FinFET，從2012年起，F(xiàn)inFET開(kāi)始向20nm和14nm節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。

然而隨著芯片制程進(jìn)一步微縮，到3nm、2nm的時(shí)候，F(xiàn)inFET就到了它的極限，鰭片距離太近、漏電重新出現(xiàn)，隨著工藝微縮，原來(lái)一個(gè)FinFET 晶體管上可以放三個(gè)鰭片，現(xiàn)在只能放一個(gè)，這樣就得把鰭片增高，到一定高度后，很難保持直立，F(xiàn)inFET 結(jié)構(gòu)就很難形成。

也就是說(shuō)之后FinFET就不可行了，于是GAA就登場(chǎng)了。GAA全稱Gate-All-Around，是一種環(huán)繞式柵極技術(shù)晶體管，也叫做 GAAFET。它的概念最早在比利時(shí)IMEC Cor Claeys博士及其研究團(tuán)隊(duì)于1990年發(fā)表文章中提出。

GAA可以說(shuō)是FinFET的改良版，晶體管結(jié)構(gòu)有所改變，柵極和漏極不再是鰭片的樣子，而是一根根小棍子，垂直穿過(guò)柵極，這樣?xùn)艠O能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)源極、漏極的四面包裹，從三接觸面到四接觸面，并且還被拆分成好幾個(gè)四接觸面，柵極對(duì)電流的控制力進(jìn)一步提高，GAA這種設(shè)計(jì)可以解決原來(lái)鰭片間距縮小的問(wèn)題，并且在很大程度上解決柵極間距縮小后帶來(lái)問(wèn)題，例如電容效應(yīng)等。

目前在3nm工藝上，唯一使用GAA晶體管技術(shù)的是三星，臺(tái)積電和英特爾則會(huì)在2nm工藝節(jié)點(diǎn)使用GAA。三星一直以來(lái)致力于追趕臺(tái)積電，三星的考慮是，提前在3nm制程中使用GAA或許能夠?yàn)槠溱A得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

三星此前談到，相比于4nm FinFET，3nm GAA工藝在頻率和功耗方面具有很大改善，在相同的有效溝道寬度下，3nm GAA能夠達(dá)成更高的頻率，同時(shí)達(dá)成更低的功耗。

在3nm GAA上，三星的推進(jìn)速度還是比較快的，2020年1月三星宣布將生產(chǎn)世界上第一個(gè)3nm GAAFET工藝原型，2021年6月，三星宣布與Synopsys合作的采用GAA架構(gòu)的3nm制程技術(shù)已經(jīng)正式流片。到今年6月，領(lǐng)先于臺(tái)積電使用3nm為客戶生產(chǎn)芯片。

在3nm芯片中提前采用GAA工藝能否給三星帶來(lái)更多競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)呢？Gartner研究副總裁盛陵海在前在接受媒體采訪的時(shí)候表示，F(xiàn)inFET工藝結(jié)構(gòu)相對(duì)更成熟，能夠更好的控制成本，而引入GAA，很多技術(shù)需要重新考量，需要花費(fèi)更多成本。

而且三星又急于在3nm領(lǐng)先臺(tái)積電，可能會(huì)因?yàn)榧庇谇蟪?，在新技術(shù)的研究上存在不足，整體來(lái)看，在成本、技術(shù)成熟度上，可能會(huì)令客戶擔(dān)憂，并且對(duì)于客戶來(lái)看，并不是用上了更新的GAA就更好，最終還是綜合看功耗、性能、價(jià)格等。

小結(jié)

目前來(lái)看，在3nm上三星領(lǐng)先于臺(tái)積電量產(chǎn)，并率先用上了GAA，不過(guò)從客戶的反應(yīng)來(lái)看，臺(tái)積電使用成熟FinFET的3nm似乎更受青睞。

未來(lái)在更先進(jìn)的工藝上，臺(tái)積電、英特爾也將會(huì)用上GAA，這樣看來(lái)，三星率先在3nm中使用GAA，提前進(jìn)行研究，或許在當(dāng)下來(lái)看不具優(yōu)勢(shì)，而未來(lái)隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)也未可知，不過(guò)這最終還是要看誰(shuí)更能為客戶帶來(lái)性能更好，價(jià)格更適中的產(chǎn)品。