三星3nm芯片抢先量产，台积电输了么？

作者：沈丛来源：中国电子报、电子信息产业网 http://www.cena.com.cn/semimake/20220630/116711.html

三星的3nm芯片终于在今天掀开面纱。三星宣布，基于3nm全环绕栅极（Gate-All-AroundT，简称 “GAA”）制程工艺节点的芯片已经在其位于韩国的华城工厂启动大规模生产。此举使三星成为全球首家量产3nm芯片的公司。然而，抢先一步量产3nm芯片，并不意味着三星在与台积电的“双雄”之战中占据了先机。

三星3nm凭速度超越台积电

一路走来，三星3nm量产之路并不顺利。

今年4月，有消息传出，三星基于GAA晶体管的3nm工艺良率才到10%~20%，远低于预期，这意味着公司需要付出更高的成本。今年5月，业界再次传出消息，三星3nm良率问题已解决，3nm GAA制程将如期量产。6月初，有消息称，三星的3nm制程已经进入了试验性量产。然而就在几天后的6月22日，市场却又传出三星因良率远低于目标延迟3纳米芯片量产的消息。

数据来源：The Information Network

尽管“跌跌撞撞”，但三星依旧全力推进，终于抢在台积电之前，成功量产了3nm。资料显示，与其5nm工艺相比，三星第一代3nm工艺可以使功耗降低45%，性能提升23%，芯片面积减少16%；而未来第二代3nm工艺则使功耗降低50%，性能提升30%，芯片面积减少35%。三星在3nm工艺中开始引入GAA架构。与当前的FinFET（鳍式场效应晶体管）工艺相比，GAA工艺可让芯片面积减少45%的同时提升30%的性能，功耗降低50%。在这一层面，三星是大胆采用新技术的“革新者”。

GAA架构是“大胆而危险”的尝试

与三星的大胆和急迫相比，其业内最大的竞争对手台积电就显得有些“不紧不慢”。在三星急于在3nm切入GAA架构之时，台积电宣布其3nm中仍将沿用FinFET架构，在2nm时再切入GAA架构。虽然，GAA是在更小尺寸下更加被普遍看好的工艺结构，但在3nm技术节点中采用GAA架构，仍是一个值得商榷的问题。

复旦大学微电子学院副院长周鹏表示，半导体技术随着摩尔定律的发展的历史，本身也是一部关于创新的历史，里面凝聚了许许多多迭代创新技术，当然也包括了很多试错的过程。工艺不稳定等问题在每一代节点中都会面临，这需要时间和技术上的改进迭代。

FinFET结构2011年便开始商业化，从22纳米就已经开始采用，至今已经经历了11年的发展，虽然在芯片进入到5nm之后，采用FinFET结构的芯片开始出现漏电等问题，但是相比较于崭新的GAA结构，仍是相对稳定和成熟的技术。“GAA的工艺并不比FinFET简单，它的发展也需要一个改进的过程。”周鹏向《中国电子报》记者表示。

台积电却似乎并没有被三星“拼命三郎”般的追赶打乱量产的节奏。有消息称，台积电将在今年下半年向苹果批量交付3nm制程的M2 Pro芯片，这足以说明眼下台积电的3nm工艺已经具备量产条件，但台积电却在某论坛中不紧不慢地表示：3nm工艺试产顺利，并预计在今年下半年才开始量产3nm。

“双雄之战”都是王者

除了3纳米“撞档”之外，三星与台积电在2纳米芯片量产时间上同样你追我赶。三星计划2025年量产采用GAA技术的2纳米芯片，台积电也将于2025年量产2纳米芯片，并将以GAA工艺取代FinFET工艺。三星和台积电在先进制程方面的竞争，还将在2nm中延续。

三星电子晶体管结构路线图

图片来源：三星电子

在3nm中抢先一步量产，是否意味着三星已经赶超了台积电？在这场“双雄之战”中，会有绝对的“王者”吗？

“如果仅从0到1的角度来分析，三星是第一个量产3nm的厂商，相比较与台积电而言，固然是成功的。但放眼未来，若想评判谁更成功，还需要看三星3nm芯片的性能是否比台积电的强，客户选择用谁的芯片更多。”知名业内专家莫大康向《中国电子报》记者表示。

在此之前，三星就有多次由于芯片性能出现问题，导致大客户转而寻求与台积电合作的情况。例如，高通发布的搭载三星4nm工艺的骁龙8，陷入了功耗的滑铁卢，因此，高通于今年5月发布的骁龙8的升级版骁龙8+，采用了台积电4nm工艺。此外，NVIDIA的Ampere GPU也由于性能不佳，其下一代产品将转而采用台积电的芯片，这些GPU原本采用的是三星的8nm工艺制程。因此，此次三星的3nm制程，是否会再次陷入性能的“滑铁卢”中，也难以预测。

实际上这场“代工双雄”之间的竞争也没有绝对的输赢之分，因为绝大部分晶圆代工厂商已经完全告别了先进制程的竞赛，使得诸多客户只能在台积电和三星之间进行“非此即彼”的选择，而台积电一家的产能，也难以维持庞大的先进制程市场。因此，哪怕三星的芯片有再次陷入性能“滑铁卢”的风险，也依旧会有大批量的厂商愿意去“尝尝螃蟹”。