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挑战摩尔定律,3nm工艺提前到来

2018-12-12
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昨日,三星表示将于2020年大规模量产3nm工艺,这比预期要快的多。作为7nm制程以内的两名玩家,台积电也已经着手建设3nm晶圆厂。在3nm工艺节点上,谁能更先一步?


12月11日,三星晶圆代工业务负责人Eun Seung Jung在IEDM会议上表示,三星已经完成了3nm工艺技术的性能验证,并且在进一步完善该工艺,目标是在2020年大规模量产。



三星的3nm将是第一个使用该公司自己的GAAFET实现的节点,称为MBCFET(multi-bridge-channel FETs),并且至少包含两种工艺技术:3GAAE和3GAAP(3nm gate-all-around early/plus)。


早在今年9月份,三星宣布在2020年开始使用其3nm节点进行风险试产,这比之前的预期至少提前一年。 而如今,三星的雄心是在2020年量产3nm工艺,这个进度比预期的要快得多了。


弥补内存降价的损失


众所周知,过去两年DRMA内存芯片的价格一直处于上扬状态,但在今年10月份,DRMA内存芯片的涨价潮结束。日前,花旗集团给出的预测是明年DRAM内存至少会降价30%。对于DRAM厂商来说,内存降价是他们极不愿意看到的,特别是第一大内存供应商三星,DRAM芯片占了三星公司半导体业务营收的85%。



既然DRAM内存芯片大幅降价趋势的已现,那么三星只能在别的领域寻找机会,借此弥补RAM内存降价导致的损失。毫无疑问,晶圆代工业务正是三星弥补损失的突破口,那3nm工艺制程的研发就不得不加快脚步,抢先台积电了。


根据IC Insights预测,2018年全球纯晶圆代工市场将增加42亿美元,达到590亿美元的规模,较2017年成长8%;中国将占全部成长(42亿美元)的90%。全球纯晶圆代工龙头——台积电(TSMC)今年在中国大陆的销售额将成长79%约18亿美元,达到67亿美元。IC Insight预计,台积电今年所有的销售成长基本上来自中国大陆。


随着近年来中国无晶圆厂IC设计公司的崛起,在全球纯晶圆代工市场的占有率一直在快速成长中。但在2018年,中国纯晶圆代工业务预计将以最快的速度——51%成长,达到112.5亿美元,超过北美以外的其他市场,且大幅超越整体纯晶圆代工市场预期成长率(8%)的6倍多。



这意味着全球晶圆代工市场,尤其是中国大陆代工市场是一块巨大且在增长的蛋糕。对于三星来说,眼看台积电被喂肥是其不能接受的。


另一方面,三星在晶圆代工业务上颇有积淀,之前在32nm、14nm及10nm节点上,三星都是率先量产。只不过7nm节点上三星进度稍落后于台积电,自家的Exynos 9820处理器没有赶上7nm EUV工艺,以致苹果订单都被台积电夺去。


台积电3nm工艺计划


今年8月份,台积电公布了3nm制程工艺计划,目前台南园区的3nm晶圆工厂已经通过了环评初审,台积电计划投资约为194亿美元,2020年开始建厂,2021年完成设备安装,预计最快2022年底到2023年初投产。



按照台积电的报道,他们已经投入了数百名工程师资源进行早期研发,而晶圆工厂也将落户南科台南园区,占地28公顷,位置紧邻台积电的5nm工厂。目前台湾环保部门已经通过了“台南科学园区二期基地开发暨原一期基地变更计画环差案”的初审,预计在2020年交地给台积电建设工厂。


南科管理局长林威呈表示,由于园区产业的发展需求,为了确保世界先进制程的领先优势,提出了“台南科学园区二期基地开发暨原一期基地变更计划环差案”,一方面检讨园区土地使用分区计划,另一方面也是为了引进先进制程的需求,提出园区用水量、用电量、污水放流量、土方等的变更。


3nm技术可以说已经接近半导体工艺的物理极限,而其目前也处于实验室阶段,台积电资深处长庄子寿坦言:“3nm制程技术难度高,是很大挑战。”


结语:


目前来看,台积电已经着手建了3nm晶圆厂,三星也表态2020年量产3nm工艺。但没有量产之前,谁离3nm工艺更近我们不得而知,毕竟世事难料,英特尔的7nm工艺到现在也没出来。


有人曾指出,3nm芯片制程工艺将是摩尔定律的极限。目前来看广义的摩尔定律仍然存在,也许在3nm之后,还会有2nm甚至是1nm工艺制程的出现。至于那时候半导体芯片行业将会如何发展?科学技术将会发展到什么地步?就只能在未来科技创新的路上寻求答案了。



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