2nm芯片研发取得重大突破!台积电(TSM.US)迈向GAA,三星和Intel(INTC.US)慌了吗?

阅读量:16559 7月24日
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导读:据报道,台积电(TSM.US)冲刺先进制程,在2nm研发有重大突破,已成功找到路径,将切入环绕式栅极技术(gate-all-around,简称GAA)。

尽管5nm刚实现量产不久,台积电和三星就开始瞄准更先进的制程。

据报道,台积电在2nm研发有重大突破,将切入环绕式栅极技术 (gate-all-around,简称 GAA)技术。

台积电在先进制程方面可谓是一骑绝尘。前几天刚刚宣布其3nm制程预计2021年风险量产,2022年下半年量产。近日又传出2nm研发的重大突破!

报道还总结了台积电近年来整个先进制程的布局。业界估计,台积电2nm将在2023至2024推出。

GAA技术给摩尔定律续命,胡正明团队的FinFET到瓶颈了?

报道中的另外一个重点是,此番台积电将切入GAA技术,而在此前之前还宣布台积电在3nm节点将继续使用FinFET工艺。

FinFET工艺全称Fin Field-Effect Transistor,中文名叫鳍式场效应晶体管。FinFET命名根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性。

随着技术的不断演进,工艺节点制程也在不断突破极限。

在现在广泛使用的FinEFT技术提出之前,根据摩尔定律,芯片的工艺节点制程的极限是35nm。

提到FinEFT技术,就不得不提到一个人,那就加州大学伯克利分校的胡正明教授,他可是被称作是拯救了摩尔定律的男人。

FinEFT工艺由胡正明团队率先提出并研发成功,当时预测该晶体管器件能够使工艺节点继续发展到20nm以下,这一预测在今天已经得到了验证。

在2011年初,英特尔(INTC.US)推出了商业化的FinFEt,他们在22nm的第三代酷睿处理器上第一次使用FinFET工艺。台积电等主要半导体代工企业也已经开始陆续推出自己的 FinFEt。从2012年起, FinFet已经开始向20mm节点和14nm节点推进。

并且,依托FinEFT技术,芯片工艺节点制程已经发展到7nm,5nm甚至是3nm,也遇到了瓶颈。FinFET 本身的尺寸已经缩小至极限后,无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得岌岌可危,甚至物理结构都无法完成。

于是比FinEFT提出要早上10年的GAA又重新进入了人们的视野。

FinFET工艺实质上就是在原有的平面上晶体管架构基础上增加了一个栅极,这样可以让尺寸很小的晶体管减少漏电。因为大部分的漏电是来自于沟道下方的流通区域,也就是短沟道效应。

全环绕栅(gate-all-around)是FinFET技术的演进,可以用来抑制短沟道效应的技术。

事实上,GAA也只是一个技术代称,台积电的GAA逻辑制程跟三星电子GAA肯定有所不同,台积电此举大概是告诉大家,FinFET的极限就是3nm了,之后要用GAA概念去量产2nm。

2nm市场,台积电三星“剑拔弩张”,Intel“笑看风云”

台积电和三星电子的技术转变其实是给GAA正名:GAA确实是之后芯片的发展趋势。

台积电和三星在芯片制程上的方向是类似的。三星前段时间率先宣布在3nm导入GAA技术,并“大放厥词”:2030年要超过台积电,取得全球逻辑芯片代工龙头地位。这也算是为两家企业2-3nm制程的市场之战吹响了号角。

台积电宣布在2nm制程中引入GAA也算是对三星“宣战”的回应。除了和三星的“明争暗斗”,此次2nm研发决策还和台积电的经营状况有关。 

台积电的营收成绩逐步走高。尽管华为订单“悬而未决”,但根据台积电官网7月10日消息,台积电6月净收入约为287.5亿人民币(1208.8亿新台币),较2019年6月增长了40.8%。这也是自1999年以来,台积电月度营收首次超过1200亿新台币,创下历史新高。

台积电近三年都拿出了营收费用的8%-9%来用于研发。营收的增多,也意味着研发费用的增多。因此,营收上涨也代表台积电在技术革新方面“烧钱”更猛了。 

尽管台积电和三星在2nm-3nm市场“剑拔弩张”,但是Intel却毫不在乎——Intel的发展理念和这两位还是有很多不同。  

比起冲击新的制程,Intel依然坚守14nm。知乎用户@Castor 就表扬Intel对14nm的“专情”。

Intel在14nm优化的道路上可谓是越走越长,至今已经六年有余。常有网友调侃说Intel的终极目标是14nm++++++。当然也有不少Intel的拥护者,知乎用户@天青色水玉 就这样夸赞Intel:

Intel在制程上并不是没有做出努力。其实Intel现在也有10nm的产品,但是主流还是14nm,主要是10nm的步子迈大了,整体质量都没有起来。 

另一方面,Intel的先进制程是给自家CPU用的,因此量产和代工量这方面,相较台积电,考虑的少一些。Intel是是强调频率的,10nm成本高且跑高频方面比不过自家成熟的14nm++,所以14nm只能继续挑大梁了。

2nm风云后的芯片市场:几家欢喜几家愁

说到台积电不得不提华为。2nm芯片制程工艺让华为芯片雪上加霜。如果没有了先进制程工艺的加持,“麒麟”的性能将寸步难行,很难再与高通“骁龙”,三星“猎户座”等竞品相提并论。手机游戏与软件的发展对手机性能的要求逐步提高,如果华为不关注芯片制程和性能,那么未来发展将会受到局限。

除了华为,中芯国际的压力也陡然增大。中芯国际今年实现了14nm 的量产,与目前已经实现量产的5nm工艺还有三个代差。尽管中芯国际被“寄予厚望”,但能否不负众望还未可知。

知乎用户@超级吐槽段子手 就这样说道:

AMD作为台积电的客户当然是开心的,台积电的制程进步很大概率上意味着它能够为AMD提供更好的产品。三星和台积电的竞争现今也是良性的,两者你追我赶的架势其实也促进了技术的发展。Intel素来对芯片制程的进步态度暧昧,对此可能并没有什么波澜。

当然对于是否有必要做2nm的讨论颇多,毕竟Intel就是一个很好的例子。知乎网友@少年珂神酷就指出,现今的体验已经很好了,这种制程进步不一定必要。

制程的进步是否重要还是取决于性能。从现在的角度来看,如果GAA技术的方向是对的,那么我们有理由相信,未来,三星和台积电将在2-3nm制程给我们带来更多的惊喜。

(编辑:马火敏)

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