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)工藝上一較長短的臺積電與三星，下一個“賽點”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
作為代工頭號大拿，臺積電可謂睥睨天下，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)點開始彎道超車以來，臺積電就在先進(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。按照這一時間進(jìn)度，3nm的量產(chǎn)也提上日程。
在第二季度臺積電的5nm工藝順利量產(chǎn)之際，臺積電CEO魏哲家再次談到了3nm工藝，重申進(jìn)展順利，計劃在2021年風(fēng)險試產(chǎn)，2022年下半年大規(guī)模量產(chǎn)。
到了今年九月，臺積電就公布了其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。
事實上之前臺積電原計劃是2023年量產(chǎn)3nm，沒想到居然提前了一年。而2023的計劃也準(zhǔn)備好了，就是3nm+。
對于臺積電來說，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臺積電的營收產(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(fā)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(xì)信息，從以往的升級可以推測，預(yù)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?guī)?0~15%的性能提升。
不但如此，臺積電在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工藝時即便是EUV光刻機(jī)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，相對復(fù)雜度和難度更高。”某臺灣業(yè)內(nèi)士對此分析說。
路線
除3nm節(jié)點時間值得關(guān)注之外，技術(shù)路線的不同選擇也透露諸多深意。
之前傳聞臺積電在3nm節(jié)點會放棄FinFET晶體管工藝轉(zhuǎn)向GAA（環(huán)繞柵極晶體管），不過最新消息稱臺積電研發(fā)成功2nm工藝，將使用GAA，這意味著臺積電3nm節(jié)點還會采用傳統(tǒng)的FinFET工藝。
業(yè)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(gòu)之外，還有工藝掌握度需要考量，比如良率等等。
國內(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，另一方面要對技術(shù)成熟度以及成本等多方面進(jìn)行考量。
對于老成持重的臺積電來說，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，不用變動太多的生產(chǎn)工具，也能有較具優(yōu)勢的成本結(jié)構(gòu)。對客戶來說，也將不用進(jìn)行太多的設(shè)計變更，減少很多不必要的生產(chǎn)成本。若最終的產(chǎn)品性能還能與競爭對手平起平坐，那臺積電或?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工藝上實現(xiàn)對臺積電的反超，改用GAA能否達(dá)成所愿？
據(jù)年初韓媒報道，三星電子已成功開發(fā)3nm制程，預(yù)計將于2022年開啟大規(guī)模量產(chǎn)。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(gòu)的效能更佳，但要實現(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(guān)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(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?qū)⒐笆窒嘧層贕AA。登上舞臺不到十年，先進(jìn)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(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)。巨頭們在3nm節(jié)點處必有一戰(zhàn)，而勝者將成為新的王者。
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史海拾趣
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