三星抢先台积电展示3纳米芯片，秀肌肉还是争客户？

文/李佳师

三星与台积电关于3纳米半导体制造工艺之争愈演愈烈，本着“是骡是马看谁先拉出来遛遛”的竞争法则，在此前举行的IEEE国际固态电路大会（ISSCC）上，三星首次展示了采用3nm工艺制造的芯片，并称预计明年投入量产，但尚未公布任何客户。

按照介绍，这是一颗256Gb容量的SRAM存储芯片，采用MBCFET技术，面积56平方毫米，写入电流只需要区区0.23V。三星称，三星3GAE工艺相比其7LPP工艺，可将晶体管密度增加最多80％，性能提升最多30％，或者功耗降低最多50％。

除了拿出样品，在这次ISSCC会议上，三星还公布了3nm制造技术的一些细节。三星3纳米工艺中使用类似全栅场效应晶体管（GAAFET）结构，据介绍，目前有两种类型的GAAFET：一种是典型的GAAFET，被称为具有“薄”鳍的纳米线。另一种是MBCFET，被称为具有“厚”鳍的纳米片。在两种情况下，栅极材料在所有侧面上都围绕沟道区。纳米线和纳米片的实际实现方式在很大程度上取决于设计。许多行业观察家用术语GAAFET来描述两者。

1988年，全球首次展示了GAAFET，这种晶体管的结构使得设计人员可以通过调节晶体管通道的宽度（也称为有效宽度或Weff）来精确地对其进行调谐，以实现高性能或低功耗。 GAA被称为当前FinFET技术的升级版，该技术能够使芯片制造商将微芯片的制造工艺进一步提升。

据了解，在3纳米工艺方面，台积电仍是坚持使用FinFET技术，三星选择了向纳米片晶体管过渡。3纳米被称为三星芯片十年计划的关键一步。2019年三星公布了一项133兆韩元的十年投资计划，目标是到2030年成为全球最大的芯片系统制造商，而不仅仅是成为存储领域的顶级芯片制造商。

在这场比赛中，台积电当然不可能站在路边等三星快马扬鞭赶来而不作为。3月2日，有媒体报道，台积电有望在今年下半年开始3纳米工艺芯片的风险生产，届时该公司将能够生产3万块采用更先进技术的芯片。

不仅仅是在能力层面，在订单方面，台积电同样已经有了非常踏实的“定心丸”——苹果。台积电计划在2022年将3纳米工艺的月产能提升到5.5万块，在2023年将产能进一步扩大到10.5万块。三星尚未公布客户，而台积电已经有苹果追着下单。有媒体称，2022年款的iPhone中，苹果将使用A16芯片，该芯片很可能将基于台积电未来的4纳米工艺制造，也就意味着最新的3纳米技术有可能被用在苹果未来的A17芯片上。按照苹果公司以往的做法，未来其Mac产品中的芯片，也有可能会使用3纳米技术。

苹果这个大客户对于代工企业有多重要，看看这份代工预测分配表就可理解。Counterpoint Research不久前发布的报告显示，台积电的增速会高于整个行业，为13%，其中苹果是台积电的最大客户，其5纳米全部订单都给了台积电，占其总量的53%。

不仅如此，还有消息爆出，台积电的2纳米工艺将采用GAA架构，关键工艺将联手苹果一起研发，这意味着苹果2纳米的芯片订单也会交给台积电。按照规划，台积电的2纳米制程会在2023年到2024年间推出。

有分析称，3纳米将有可能是三星与台积电在制程竞赛中最为接近的一次，几乎与台积电同步。在此前的工艺制程上，台积电大约领先三星两年，自从三星规划投入133兆韩元，全力发展晶圆代工业务后，3纳米就成为其采用新技术架构的关键一战。业界认为，若三星发展3纳米进程顺利并提升良率，与台积电的抢单大战也将随之引爆。

报告指出，2020年全球晶圆代工行业收入达820亿美元，同比增长23%。2021年该行业将继续保持两位数增速，预计增速12% ，总收入达920亿美元。

今年英特尔有可能将更多制造进行外包，代工领域依然保持增长，如果三星3纳米比台积电更早实现量产，那么三星是否能够抢到部分英特尔订单或更多其他客户呢？这或许是三星抢先在台积电之前拿出样片遛一遛、公布关键细节的关键原因吧。