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【IC设计】三星3nm芯片将于Q2开始量产,压力给到台积电、英特尔?

来源:全球半导体观察    原作者:王凯琪    

近两年台积电、三星、英特尔在先进制程领域持续发力,而台积电和三星近期3nm节点工艺成果惹人注目。

三星 3nm芯片将于Q2开始量产

三星电子周四(4月28日)宣布,将在本季度开始使用3GAE(早期3nm级栅极全能)工艺进行大规模生产,这不仅标志着业界3nm级制造技术的到来,也表示这是业界首个使用环栅场效应晶体管(GAAFETs)的节点。

三星代工的3GAE工艺技术是该公司首次使用 GAA 晶体管 ,三星将其称之为“多桥沟道场效应晶体管 (MBCFET)”,即纳米片(nanosheets)水平层制成的沟道完全被栅极结构包围。三星表示技术有高度可制造性,因利用三星现有约90%的FinFET制造技术,只需少量修改过的光罩。此技术有出色的栅极可控性,比同样三星FinFET技术高31%,且因纳米片通道宽度可透过直接图像化改变,让设计有更高灵活性。

去年的“Samsung Foundry Forum 2021”论坛活动上,三星在确认在3nm制程节点引入了全新的GAAFET全环绕栅极晶体管工艺,分为早期的3GAE以及3GAP,三星曾表示,3GAP也将在2023年出货。

官方数据显示,3GAE工艺将实现30%的性能提升、50%的功耗降低以及高达80%的晶体管密度(包括逻辑和SRAM晶体管的混合)。不过,三星的性能和功耗的实际组合将如何发挥作用还有待观察。

理论上,与目前使用的Finfet相比,Gaafet有许多优势,例如可大大降低晶体管漏电流 (即,降低功耗) 以及挖掘晶体管性能的潜在实力,这意味着更高的产率、和改进的产能。此外,根据应用材料公司最近的报告,GAAFETs 还可以减少20%至30%的面积。

台积电3nm将于8月投产

台积电方面,今年4月上旬,台积电对外公开表示,该公司在3nm工艺开发上取得突破。其中在今年8月将可能率先投片第二版3nm制程的N3B,2023年第二季度将有可能量产3nm制程的N3E,比预计提前了半年。

报道显示,第二版3nm制程N3B,将在新竹12厂研发中心第八期工厂及南科18厂P5厂同步投片,正式以鳍式场效晶体管(FinFET)架构,对决三星的环绕闸极(GAA)制程。据悉,台积电初步规划新竹工厂每月产能约1万至2万片,台南工厂产能为1.5万片。

据台积电介绍,公司的3nm(N3)制程技术将是5nm(N5)制程技术之后的另一个全世代制程,在N3制程技术推出时将会是业界最先进的制程技术,具备最佳的PPA及电晶体技术。相较于N5制程技术,N3制程技术的逻辑密度将增加约70%,在相同功耗下速度提升10-15%,或者在相同速度下功耗降低25-30%。N3制程技术的开发进度符合预期且进展良好,未来将提供完整的平台来支援行动通讯及高效能运算应用,预期2021年将接获多个客户产品投片。

据公开资料显示,台积电南科的Fab 18是现下的扩产重心,旗下有P1~P4共4座5nm及4nm厂,以及P5~P8共4座3nm厂,而P1~P3的Fab 18A均处于量产状态,至于P4~P6的Fab 18B厂生产线则已建置完成,而Fab 18B厂,即3nm制程产线,早在去年年年底就已开始进行测试芯片的下线投片。

至于2nm制程,魏哲家则回应称,2nm制程目前按照计划开发,预计2024年进入风险试产阶段,将于2025年量产。

英特尔:2024年底之前接管行业的制程领导地位

对比三星和台积电,英特尔在3nm节点上暂无明显成果。但是英特尔曾表示,其目标是在 2024 年底之前接管行业的制程领导地位。

先进制程方面,英特尔在2022年投资者大会上曾表示,Intel 4也就是7nm预计在2022年下半年投产;Intel 3(第二代7nm)预计在2023年下半年投产;Intel 20A(5nm)将于2024年投产;Intel 18A(第二代5nm)预计在2025年投产。

但是英特尔似乎对3nm势在必得。

据外媒报道,去年12月,英特尔CEO基尔辛格曾乘坐私人专机访台积电,希望争取到未来2~3年更多台积电先进工艺产能。业界消息显示,对于3nm工艺,英特尔希望能与苹果一样——台积电能够为英特尔建造一条3nm产能特供专线。结果如何我们不得而知。

而今年4月初,基尔辛格再次到访了台积电,寻求台积电的晶圆代工产能支持。据业界产业链消息,台积电的首批客户或包括苹果和英特尔。

此外,在4月18日投资人会议上,英特尔CEO Pat Gelsinger再次强调,英特尔2nm制程将在2024年上半年可量产,这个量产时间早于台积电2nm的2025年。

近年来英特尔不断加码,它在设备领域更胜一筹。据公开消息显示,英特尔目前已获得ASML的先进光刻机,极紫外 (EUV) 光刻机。

据悉4月上旬,英特尔在位于爱尔兰Leixlip的Fab 34工厂,完成了首台极紫外(EUV)光刻机的安装,Fab 34也成为欧洲最先进的芯片制造工厂。

据ASML发言人称,更高的光刻分辨率将允许芯片缩小1.7倍,同时密度增加2.9倍。未来比3nm更先进的工艺,将极度依赖高NA EUV光刻机。

极紫外 (EUV) 光刻机是Intel 4制程技术的关键一环,这台机器的获得,将大大提速英特尔发展先进制程的步伐。

封面图片来源:拍信网