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三星芯片業(yè)務(wù)迎“逆風(fēng)翻盤”?

2023/07/25
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近日,有消息稱臺積電3納米良率僅55%,因此臺積電將不會按照標(biāo)準(zhǔn)晶圓價(jià)格向蘋果收費(fèi),蘋果僅向臺積電支付可用芯片的費(fèi)用。與此同時(shí),作為“千年老二”的三星卻在先進(jìn)制程方面頻頻傳來好消息。有消息稱,三星4nm良率水平追平臺積電,3nm良率提至60%以上。此前還傳出消息,高通驍龍8系列處理器極有可能再次采用三星代工,甚至三星4nm工藝已經(jīng)獲得AMD的訂單。一直以來總是陷入良率“滑鐵盧”的三星,將迎來“逆風(fēng)翻盤”的機(jī)會?

來之不易的光刻膠

據(jù)悉,從2019年起,三星便被市場規(guī)模不足半導(dǎo)體整體規(guī)模1%的光刻膠扼住了“喉嚨”,也成為了其良率出現(xiàn)問題的關(guān)鍵原因。

中國科學(xué)院微電子所副所長曹立強(qiáng)向《中國電子報(bào)》記者表示,光刻膠是芯片光刻所采用的關(guān)鍵材料之一,雖然光刻膠最后并不會留在芯片內(nèi)部,但是光刻膠的純度會影響圖形的解析度,繼而影響器件性能。因此,光刻膠的質(zhì)量、純度,成為了決定芯片良率的關(guān)鍵。

據(jù)了解,2019年時(shí),韓國有80%的光刻膠從日本進(jìn)口,依賴度非常高。業(yè)內(nèi)專家曾向《中國電子報(bào)》記者表示,之所以三星對日本光刻膠十分依賴,是因?yàn)?0nm以下制程的芯片,基本上只能采用日本的光刻膠。然而,2019年7月,日本政府宣布對出口韓國的半導(dǎo)體工業(yè)材料加強(qiáng)審查和管控,并將韓國排除在貿(mào)易“白色清單”以外,而光刻膠也在這次管控的名單之列,無疑是給了三星“沉重一擊”。業(yè)內(nèi)知情人士曾向《中國電子報(bào)》記者披露,三星第一代3nm工藝制程良率僅有10%~20%左右,就是由于三星受到日本光刻膠出口限制,導(dǎo)致所用的光刻膠材料純度不夠,造成芯片良率極低。

也因此,從2020年量產(chǎn)5nm起,三星頻頻被爆良率低于50%,甚至4nm良率被爆僅為35%,使得此前搭載三星4nm工藝的高通驍龍8 Gen 1也中途換成了臺積電4nm工藝。甚至搶先臺積電量產(chǎn)的三星3nm工藝制程,起初良率也僅僅只有10%~20%。

然而,此前頻頻陷入良率困境的三星,卻在近期傳來了積極進(jìn)展。消息稱,三星4nm、3nm工藝節(jié)點(diǎn)的芯片生產(chǎn)良率分別提高到75%和60%以上。業(yè)內(nèi)多位專家猜測,這或許與三星重新采用日本光刻膠有密切的關(guān)系。

今年3月,日本政府決定解除限制向韓出口包含光刻膠在內(nèi)的三種關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的措施,將韓日出口貿(mào)易恢復(fù)至2019年7月之前的狀態(tài),三星芯片良率不斷提升的喜訊也隨之而來。

GAA工藝日漸成熟

三星在先進(jìn)制程方面向來是“當(dāng)仁不讓”的態(tài)度,對于新技術(shù)的采用也十分大膽。三星不僅在7nm的工藝中,先臺積電一步采用EUV光刻技術(shù),也是業(yè)內(nèi)第一家切入GAA工藝的芯片廠商。而GAA工藝技術(shù)的日漸成熟,也成為三星良率提升的關(guān)鍵。

北京超弦存儲器研究院執(zhí)行副院長、北京航空航天大學(xué)兼職博導(dǎo)趙超認(rèn)為,短溝道效應(yīng)是造成先進(jìn)工藝出現(xiàn)功耗問題進(jìn)而導(dǎo)致良率低的主要原因之一,也成為先進(jìn)制程發(fā)展中最大的阻礙。而短溝道效應(yīng)的產(chǎn)生與芯片所采用的FinFET本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。FinFET所采用的是三面柵的結(jié)構(gòu),并非四面環(huán)繞式的結(jié)構(gòu),其中一個(gè)方向沒有柵極的包裹。隨著芯片制程的不斷減小,F(xiàn)inFET三面柵的結(jié)構(gòu)對于漏電的控制能力也在逐漸減弱,造成芯片出現(xiàn)功耗問題。

也因此,GAA架構(gòu)被視為FinFET架構(gòu)最有效的替代方式之一。復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長周鵬表示,相較于三面圍柵的FinFET結(jié)構(gòu),GAA技術(shù)的四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)可以更好地抑制漏電流的形成,并增大驅(qū)動電流,進(jìn)而更有利于實(shí)現(xiàn)性能和功耗的平衡。因此,GAA技術(shù)在5nm以下制程中,更受到業(yè)界的認(rèn)可和青睞。

GAA架構(gòu)能夠在更低的電壓下正常工作(來源:三星官網(wǎng))

芯謀研究研究總監(jiān)宋長庚告訴《中國電子報(bào)》記者,先前,三星在存儲器方面已經(jīng)用到了GAA的晶體管,可以看出三星在GAA技術(shù)方面已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

在3nm制程中,三星率先采用GAA工藝架構(gòu)。第一個(gè)吃螃蟹的人,不一定能吃到螃蟹黃。采用新技術(shù),也意味著要面臨新的風(fēng)險(xiǎn)。Gartner研究副總裁盛陵海表示,在引入GAA架構(gòu)之后,在很多技術(shù)方面需要進(jìn)行重新考量,需要花費(fèi)更多成本來進(jìn)行研發(fā),這也容易造成芯片成本更高,性能也不一定比采用FinFET工藝結(jié)構(gòu)的芯片更佳。因此,三星第一批采用GAA結(jié)構(gòu)打造的3nm芯片,并沒有如愿實(shí)現(xiàn)高良率。

然而,先人一步采用新技術(shù),也意味著比競爭對手有更多的技術(shù)磨合經(jīng)驗(yàn)。三星在GAA應(yīng)用于先進(jìn)制程方面,擁有率先量產(chǎn)、率先磨合的先發(fā)優(yōu)勢。因此,隨著時(shí)間的推移,三星搭載GAA工藝芯片的良率也在不斷提升。三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總裁Kyung Kye-hyun曾公開表示,目前,客戶對三星的GAA晶體管技術(shù)很滿意,甚至搭載GAA工藝的2nm芯片的性能將超越臺積電,成為客戶的首選。

可見,隨著三星GAA工藝的日漸成熟,三星的信心也在不斷增加。GAA工藝也幫助三星有效降低了短溝道效應(yīng)帶來的功耗問題,良率也開始逐步提升。

誰是贏家市場說了算

如今,一路高歌的三星,對未來可謂是信心滿滿,甚至對即將量產(chǎn)的2nm制程也充滿了信心,并將其視為超越臺積電的關(guān)鍵制程。那么,三星是否真的迎來了“逆風(fēng)翻盤”的機(jī)會?事實(shí)上,一切都還是未知。

業(yè)內(nèi)專家莫大康曾向《中國電子報(bào)》記者強(qiáng)調(diào),臺積電、三星、英特爾這三家先進(jìn)制程玩家都具備充足的資金儲備以及研發(fā)能力,也均有實(shí)力繼續(xù)沿著摩爾定律量產(chǎn)更先進(jìn)制程的芯片。三大家最主要的差距,在于能否得到市場的青睞。目前來看,臺積電的客戶粘性最強(qiáng),這對于三星和英特爾而言,是未來面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。

數(shù)據(jù)來源:臺積電、三星、英特爾年報(bào)

同時(shí),AMD CEO蘇姿豐近日在媒體采訪中,被問到是否將在3nm采用三星代工的產(chǎn)品時(shí),蘇姿豐反問:“你相信韓國媒體嗎?”可見,未來AMD是否與三星合作,還未可知。此外,也有多家媒體爆料稱,如今三星3nm先進(jìn)工藝制程的客戶,只有用量相對較小的礦機(jī)芯片買家。

然而,這并不意味著三星沒有機(jī)會。受聊天機(jī)器人ChatGPT需求推動,以GPU為主的AI芯片需求激增,甚至一度供不應(yīng)求,而AI芯片多為先進(jìn)制程,這也為用戶量相對較少的三星、英特爾提供了更多客戶資源的可能。因此,不僅僅是三星,三大家均有機(jī)會在算力爆發(fā)的當(dāng)下分一杯羹。

俗話說,是騾子是馬拉出來練練。三大家成敗的最終評判權(quán)在用戶手中。在算力需求爆發(fā)的當(dāng)下,究竟誰的芯片更獲得青睞,還有待市場給出答案。

作者丨沈叢? 編輯丨張心怡

美編丨馬利亞? 監(jiān)制丨連曉東

 

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