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三星3nm技術指標曝光 竟然還不如Intel

Simon觀察 ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:黃山明 ? 2021-07-17 07:14 ? 次閱讀
近日,有臺媒對比了半導體工藝10nm及以下制程的技術指標演進對比圖,其中技術指標主要是看晶體管密度,也就是每平方毫米的晶體管數量。由于目前僅有Intel、臺積電、三星等少數幾家廠商掌握了10nm以下的工藝技術,因此僅統計了這幾家廠商。
芯片制程工藝演進圖

值得注意的是,盡管幾家廠商都是用了nm級單位,但似乎各家廠商在晶體管密度上具有較大的差別。比如Intel的10nm工藝,單看晶體管密度,甚至已經比臺積電與三星的7nm工藝更高,同時達到了其他廠商同類工藝的兩倍。

而在7nm時代,盡管并未量產,但Intel預估可以將晶體管密度做到1.8億/平方毫米,值得一提的是,如果單論晶體密度的話,Intel的7nm與臺積電的5nm及三星的3nm將處于同一水平線。

三星也在近期公布了自己的最新的工藝路線圖計劃,計劃顯示,三星的3nm工藝將等到2023年才會量產,而相比之下,臺積電已經宣布3nm量產時間在2022年。

不過需要注意的是,盡管三星3nm工藝量產時間或將落后,同時從晶體管密度來看,三星的3nm與Intel的7nm工藝相仿,同時5nm工藝幾乎與Intel的10nm工藝相差無幾。

這似乎解釋了三星代工的高通驍龍888芯片為什么體驗如此不好了,一方面顯然是由于三星技術還不成熟,無法處理好更高制程的工藝,但另一方面主要是由于三星步子邁的太大了,過于想要追趕先進制程,這就只能在晶體密度上做文章,比如5nm工藝相比7nm晶體密度上的提升僅有30%,而臺積電的提升在70%以上。

步子走的太快,也讓三星在對工藝的高性能調試上能力越來越差,比如在三星的7nmLPP量產一年以后,才找到了第一個高價值客戶IBM。

為什么會發生這種情況,或者說為什么三星如今表現的如此激進。就是因為三星已經太久沒有獲得高價值的客戶。在10nm節點之后,8nm與7nmLPP工藝的高端客戶幾乎只有三星自己,甚至在后來,三星手機在重點市場(如中國、美國等)都不愿意使用三星自己的芯片,而是采購高通的芯片,可以看出三星對于自家的工藝什么樣也心知肚明。

這又引出了另一個問題,那就是高通為什么仍然要堅持將芯片訂單交給三星呢?一方面是由于目前蘋果的A14已經獲得了臺積電3nm的優先供應權,如果高通也想要生產芯片,交由臺積電顯然是來不及的。

而另一方面則是臺積電實在“太貴”了,貴到什么程度?從臺積電2020年的財報來看,其高端制程的毛利潤率高得驚人,達到了50%以上,哪怕是凈利潤率也高達38%。

要知道臺積電可并不是一家終端廠商,只是一家代工廠而已,哪怕是蘋果,總體凈利潤率也僅有23%而已,這還是因為蘋果的互聯網服務利潤率極高的緣故。

為什么臺積電敢這么貴,就是因為市場中不可替代的緣故,而高通為什么仍然將訂單下給三星,就是為了扶持三星,讓其可以與臺積電進行競爭。不然,一個壟斷的市場,其他廠商只是為了給這家企業打工而已。

當然還有一個重要的原因,那便是三星的報價很便宜,至少相對臺積電而言便宜太多,前些年就有消息,三星為了能夠爭取高端客戶的青睞,直接將代工價格打了對折,本來就相對便宜的代工費用,這些更加凸顯了性價比。

不過便宜的代工價格并不是沒有代價,從此次傳出的晶體管密度來看,就能夠很明顯看出三星在這方面投入的成本一定沒有臺積電、Intel的多。

但這并不意味著三星的3nm工藝一定不行,此前有消息傳言,三星將使用GAA(環珊晶體管架構)來生產3nm芯片,通過使用Nanosheet(納米片)制造出MBCFET(多橋通道場效應管),可以顯著的增強晶體管性能,主要用來取代FinFET晶體管技術。

因此三星將采用的是GAA架構,而非臺積電與Intel使用的FinFET結構。從性能表現上來看,基于GAA架構的晶體管可以提供比FinFET更好的靜電特性,滿足一定的珊極寬度要求,可以表現為同樣工藝下,使用GAA架構可以將芯片尺寸做的更小。

不過三星此前一直說的都是3GAE版本,即3nm工藝的早期版本,并且表示會在2022年量產,但在近期表示生產的將為3GAP版本,即3nm工藝加強版,證明三星對于3nm制程已經相對成熟,但量產時間也延后至了2023年。

從三星的公開聲明中可以發現,3GAE工藝對比7LPP工藝性能可以提升最多35%,或將功耗降低最多50%,或者將面積最多縮小45%。不過對于3GAP相比3GAE有哪些方面的提升,三星并未透露。

但臺積電方面為了能夠更快已經更順暢的將工藝提升至3nm,依然選擇使用FinFET,好處是能夠更快的量產,也能夠盡快的應有現有的工藝制程技術,同時不用改變太多的生產工具,成本上更具優勢。

但問題在于,當芯片的鰭片寬度達到了5nm時,也就是3nm工藝節點時,FinFET將接近實際的極限,再向下將會遇到制程微縮而產生的電流控制漏電等物理極限問題。

但直接轉向GAA,對于廠商及客戶而言將面臨更多成本的挑戰,同時在早期可能由于工藝不成熟,在性能、功耗的表現上不一定就會比FinFET更好。

就在7月15日,臺積電的總裁魏哲家表示,3nm開發進度良好,且相比5nm,量產首年便會有更多芯片設計定案(Tape-Out),其中主要動能來自于智能型手機,至于2022年下半年量產的史稱,需要與客戶共同決定。此外,高效運算平臺也將是未來5年3nm制程的重要動能。

此次臺媒所披露的三星3nm工藝晶體管密度,可能是三星3GAE版本,而未來將發布的3GAP版本才是三星真正的主推產品,但這款產品是否將重蹈三星5nm覆轍,還需要待產品出來之后,才會知曉。

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