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GAA创新技术碾压英特尔,三星芯片有望两年后实现3纳米量产

 阿明观察 2020-07-25

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在芯片领域,三星一直处于全球的领先地位,甚至超过英特尔的全球排名。

当然,在芯片技术革新上,三星也是愿意舍得成本投入,在面向手机、手表、汽车、家庭电器等与物联网、智能端相关应用的爆发式增长态势下,芯片成为推动这些产业蓬勃发展的最核心的因素。

正因为看到了全球产业的发展潜力和未来,三星将在2021年面向全球市场推出其“环绕式栅极(Gate All Around,GAA)”芯片技术。

GAA芯片技术最牛的地方在于,可以让芯片性能比7nm制程的产品提高35%,同时能耗降低50%。从而实现芯片更小、更快的诉求。

几十年来,处理器的基本组成部分一直是晶体管,缩小它一直是芯片进步的关键。晶体管可以开关,使电流流动或不流动,成为—一种控制芯片处理数据和做出决定的状态变化。

在晶体管中,一种叫做栅极的结构控制电流是否流过一个通道。在早期的设计中,栅极被安置在通道顶部,但较新的设计将通道提升为鳍状结构,栅极被覆盖。

传统FinFET的通道只有三面被栅极包围,而GAA以纳米线通道设计,通道的整个外轮廓都被栅极完全包裹住,意味着栅极对通道的控制性能更好。这是一种比以前平面栅极设计更复杂的3D结构。 

有些人设想GAA晶体管通道是一种称为纳米线的微小圆柱体,但三星的设计使用了更平坦通道,称为纳米片nanosheets

首批面向智能手机和其他移动设备的3nm芯片将于2020年进行测试,并于2021年批量生产。对高性能芯片的进一步改进,如图形处理器和封装到数据中心的人工智能芯片,将在2022年实现批量生产。

处理器的发展虽然有许多方面,但缩小制程尺寸是关键。三星制造的芯片如今使用的是7纳米制成。相比之下,一条DNA链的直径只有2纳米左右。李明博说,三星正在用6纳米、5纳米和4纳米的变种改进其7纳米工艺,但GAA将使三星的制程缩小到3纳米。

甚至三星高层透露,GAA的改进将促使2纳米的制造成为可能。之后将是1nm的未来技术,然后,预计制程尺寸会更小。

三星高层相信在1nm以外会有新的技术,不确定什么样的结构,但它会出现。

三星的5nm芯片预计将在2020年生产,不过现在已经可以生产原型产品。该公司现在发布了早期的生产工具,因此客户也可以开始设计和调整3nm的芯片。

三星多年来一直在生产芯片,但在2017年,它将其Samsung Foundry三星代工部门分割成了一个独立的业务部门,以吸引除三星电子(Samsung Electronics)以外的客户的合作。三星电子(Samsung Electronics)开发了一些三星手机中使用的 Exynos芯片。

因此,其他公司依赖三星的实力,比如高通公司(Qualcomm)依靠三星制造其新高端芯片,如高通骁龙Snapdragon 730和730G智能手机芯片。

在处理器制造的辉煌时期,新一代技术将带来更小更快的芯片,而不会增加功耗。现在,这三个好处都很难得到。即使我们做到了,正如三星承诺的3nm制程技术实现,客户仍然会犹豫,因为它的成本很昂贵。

正如即将推出的5nm芯片将比目前的7nm芯片贵一些一样,3nm芯片在每个晶体管定价时将比先前的芯片“稍微”贵一些。不过,这些成本会随着制程工艺的成熟与产能的提升而逐渐下降。

阿明分析评论:三星一旦实现了3纳米量产,那么整个全球半导体产业将再一次发生新的格局震荡。

为此,影响最为明显的当属英特尔,毕竟在制程工艺的创新与引进上,三星已经走在了前面。

与此同时,三星还将依靠三星代工厂自己的制造能力,更为高速地实现芯片制造工艺的革新。加上包括高通等厂商的代工合作关系,有望构建一个以三星为核心的全球芯片新领地。

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