＂2015到2016年，三星Foundry先進(jìn)制程能力的逐步成熟，從臺(tái)積電那里奪得了不少大客戶訂單。2016到2017年，臺(tái)積電先進(jìn)制程的進(jìn)一步成熟，并憑借InFO技術(shù)獨(dú)攬?zhí)O果大單。2017年，三星又宣布將晶圓代工部分獨(dú)立，擴(kuò)大純晶圓代工業(yè)務(wù)份額，直接對(duì)標(biāo)臺(tái)積電。三星與臺(tái)積電之間的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈。＂
力爭(zhēng)3nm進(jìn)程的原因
3nm制程工藝會(huì)給芯片帶來(lái)哪些具體的變化，根據(jù)現(xiàn)在的信息，我們還無(wú)法做出精確的判斷。但從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，性能提升和功耗降低應(yīng)該會(huì)是更先進(jìn)制程帶來(lái)的最直觀的提升。
臺(tái)積電和三星都已經(jīng)透露了一些關(guān)于3nm工藝節(jié)點(diǎn)上的進(jìn)展。5nm、3nm節(jié)點(diǎn)主要面向FPGA等高性能計(jì)算領(lǐng)域，智能處理器和5G芯片。而2019年被視為是5G商用元年，在接下來(lái)的兩三年中，5G將會(huì)被大規(guī)模使用。或許，這也是兩大晶圓代工龍頭紛紛選擇透露3nm進(jìn)程的誘因之一。
臺(tái)積電的推進(jìn)情況
除了7nm、6nm和5nm制程技術(shù)，臺(tái)積電也公布了3nm制程工藝計(jì)劃，目前位于臺(tái)灣臺(tái)南園區(qū)3nm晶圓工廠已經(jīng)通過(guò)了環(huán)評(píng)初審，臺(tái)積電計(jì)劃投資約200億美元建廠，可能在2022年底，2023年初實(shí)現(xiàn)批量。
三星與臺(tái)積電除了在3nm制程上爭(zhēng)奪激烈，在其他先進(jìn)制程方面的碰撞也不少。自2019年以來(lái)，臺(tái)積電接連發(fā)布了6nm、5nm、5nm＋的發(fā)展路線。
臺(tái)積電的3nm晶圓廠方案已經(jīng)獲得臺(tái)灣主管部門批準(zhǔn)，選址臺(tái)灣南部科技園區(qū)。據(jù)悉，臺(tái)積電3nm工廠建設(shè)預(yù)計(jì)會(huì)花費(fèi)超過(guò)200億美元，同時(shí)有望帶動(dòng)相關(guān)供應(yīng)商跟進(jìn)建廠。
依照臺(tái)積電規(guī)劃藍(lán)圖，3nm應(yīng)可在2021年試產(chǎn)、2022年量產(chǎn)，成為全球第一家提供晶圓代工服務(wù)，同時(shí)解決很多AI人工智能芯片功效更強(qiáng)大的晶圓代工廠。
臺(tái)積電3nm制程技術(shù)已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，3nm制程在＂Gate All Around（GAA） ＂、環(huán)繞式閘極技術(shù)上已有新突破。臺(tái)積電已經(jīng)做出環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu)，外型就像類圓形般，但因?yàn)槌叽绫惹耙淮s小30％，也必須導(dǎo)入新材料InAsGe nanowire and Silicon nanowire，因此制程技術(shù)上相當(dāng)困難，尤其是在蝕刻部分是大挑戰(zhàn)，不過(guò)以優(yōu)勢(shì)來(lái)說(shuō)，環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu)將可以改善ESD靜電放電，環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu)得以繼續(xù)微縮柵長(zhǎng)尺寸。
在半導(dǎo)體工藝上，臺(tái)積電去年量產(chǎn)了7nm工藝（N7＋），今年是量產(chǎn)第二代7nm工藝（N7＋），而且會(huì)用上EUV光刻工藝，2020年則會(huì)轉(zhuǎn)向5nm節(jié)點(diǎn)，目前已經(jīng)開始在Fab 18工廠上進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2020年第二季度正式商業(yè)化量產(chǎn)。
明年的5nm工藝是第一代5nm，之后還會(huì)有升級(jí)版的5nm Plus（5nm＋）工藝，預(yù)計(jì)在2020年第一季度風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2021年正式量產(chǎn)。
對(duì)于臺(tái)積電的3nm計(jì)劃，目前最緊急的難題就是人才難題，臺(tái)積電也在積極挖人，在園區(qū)發(fā)布了高薪招聘計(jì)劃，3nm制程很難，臺(tái)積電還有很多事情要做。
三星的推進(jìn)情況
前不久，三星也公布了未來(lái)的制程工藝路線圖，公司計(jì)劃2020年則會(huì)推出3nm EUV工藝，同時(shí)晶體管類型也會(huì)從FinFET轉(zhuǎn)向GAA結(jié)構(gòu)。
據(jù)悉，三星3GAE工藝中還在開發(fā)當(dāng)中，不過(guò)在jinu發(fā)布了3GAE工藝的PDK 1．0工藝設(shè)計(jì)套件，旨在幫助客戶盡早開始設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間（TAT）。
基于GAA的工藝節(jié)點(diǎn)有望在下一代應(yīng)用中廣泛采用，例如移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通訊、汽車電子、人工智能（AI）和IoT物聯(lián)網(wǎng)等。
通過(guò)使用全新的晶體管結(jié)構(gòu)可使性能提升35％、功耗降低50％，芯片面積縮小45％。不過(guò)，三星官方?jīng)]有明確3GAE工藝量產(chǎn)時(shí)間，但根據(jù)市場(chǎng)猜測(cè)，三星3nm在2021年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)是大概率事件。
預(yù)計(jì)三星將早于臺(tái)積電一年推出3nm工藝。誰(shuí)能更快地推出可靠的新工藝，誰(shuí)就有可能掌握在該制程上的最大話語(yǔ)權(quán)。
三星的3nm工藝時(shí)代不再使用FinFET晶體管，而是使用全新的晶體管結(jié)構(gòu)——GAA（Gate－All－Around環(huán)繞柵極）晶體管，通過(guò)使用納米片設(shè)備制造出了MBCFET（Multi－Bridge－Channel FET，多橋－通道場(chǎng)效應(yīng)管），該技術(shù)可以顯著增強(qiáng)晶體管性能，主要取代FinFET晶體管技術(shù)。
在晶圓代工市場(chǎng)上，三星公司在14nm節(jié)點(diǎn)上多少還領(lǐng)先臺(tái)積電一點(diǎn)時(shí)間，10nm節(jié)點(diǎn)開始落伍，7nm節(jié)點(diǎn)上則是臺(tái)積電大獲全勝，贏得了幾乎所有7nm訂單，三星只有自家Exynos及IBM的7nm訂單，臺(tái)積電也因此宣傳自己在7nm節(jié)點(diǎn)上領(lǐng)先友商1年時(shí)間。
根據(jù)三星的路線圖，2021年就要量產(chǎn)3GAE工藝了，這時(shí)候臺(tái)積電也差，而三星則希望借助GAA工藝開發(fā)2nm工藝，未來(lái)甚至要實(shí)現(xiàn)1nm工藝。
給我國(guó)的啟示
臺(tái)積電和三星的規(guī)劃，給大陸芯片制造企業(yè)帶來(lái)了極大的壓力。可以作為大陸芯片制造代表的是中芯國(guó)際，但是就是這樣的代表也才到2019年才開始實(shí)現(xiàn)14nm制程的生產(chǎn)，差距在5年以上甚至更多。即使是中芯國(guó)際獲得ASML的光刻機(jī)可以生產(chǎn)7nm芯片，但從設(shè)備訂購(gòu)到真正量產(chǎn)，還得花費(fèi)幾年的時(shí)間。在芯片制造技術(shù)領(lǐng)域里，中芯國(guó)際離三星、臺(tái)積電這樣的企業(yè)還很遠(yuǎn)，臺(tái)積電僅在2017年就獲得了2425項(xiàng)，高居全球企業(yè)第九位。
臺(tái)積電畢竟在芯片代工領(lǐng)域占據(jù)了半壁江山，其制造技術(shù)不但要領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)者，同時(shí)其制程技術(shù)也必須要保持領(lǐng)先，否則要保持芯片代工的龍頭位置可不是一件容易的事情。而本就在此領(lǐng)域相對(duì)滯后的大陸芯片制造，無(wú)疑又加大了追趕的難度。
結(jié)尾
這兩年，三星電子、臺(tái)積電在半導(dǎo)體工藝上一路狂奔，雖然有技術(shù)之爭(zhēng)但把曾經(jīng)的領(lǐng)導(dǎo)者Intel遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)。
面對(duì)市場(chǎng)紅利，臺(tái)積電和三星這樣的龍頭自然不敢掉以輕心，只有加快進(jìn)度實(shí)現(xiàn)3nm制程的生產(chǎn)，搶占制高點(diǎn)。