2nm研发取得重大突破!台积电迈向GAA为什么比三星晚?

根据台湾经济日报报道,近日台积电在2nm研发上取得重大突破,目前已找到路径,将切入全环栅场效应晶体管GAA,这是台积电继从鳍式场效应晶体管FinFET技术取得全球领先地位之后,向另一全新的技术节点迈进。

相比于台积电在2nm制程才切入GAA,其竞争对手三星则早在2年前其揭露3nm技术工艺时,就宣布从FinFET转向GAA。

GAA-EFT相当于FinFET的改良版

如果说FinEFT是平面式晶体管架构的继承者,那么GAA就相当于FinFET的改良版。

在FinEFT提出之前,根据摩尔定律,芯片的工艺节点制程的极限将是35nm。为此,美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一个名为“25nm开关”的计划,致力于提升芯片容纳集体管数目的上限,加州大学伯克利分校教授胡正明与其团队加入了这一计划,试图攻破制程难题。

使用平面式晶体管架构最大的障碍在于随着组件尺寸逐渐变小,当晶体管处于“关闭”状态时,电子容易流过栅极。于是,胡正明团队提出在硅基底上方垂直布设细传导通道,控制电子流动,这一架构的外观如同鱼鳍,故被称之为鳍式场效应晶体管。

1999年,胡正明团队发布了第一款45nm的FinEFT晶体管,且性能优良。

胡正明教授预测,该晶体管器件能够使工艺节点继续发展到20nm以下,这一预测已经得到验证,并且,依托FinEFT技术,芯片工艺节点制程已经发展到5nm甚至3nm。

2nm研发取得重大突破!台积电迈向GAA为什么比三星晚?

与此同时,随着工艺节点制程发展到3nm,晶体管沟道进一步缩短,这时会发生量子遂穿效应。为再一次突破极限,新的工艺技术GAA-EFT诞生了。

尽管GAA概念的提出要比FinEFT早10年左右,不过GAA相当于FinEFT的改进版,在3nm工艺节点遇到障碍的三星就已从FinFET工艺转入到GAA,如今台积电也将加入GAA的队伍中。无论是三星还是台积电,都将新工艺指向了GAA。

台积电为何在2nm才计划切入GAA工艺?

相比于三星,台积电切入GAA工艺较晚,虽然这与台积电本身FinFET的巨大成功有一定的关系,但可能更多的原因在于若采用新的工艺,从决定采用到最终实现量产,需要耗费较长的时间周期。

2nm研发取得重大突破!台积电迈向GAA为什么比三星晚?

当年第一个采用FinEFT工艺并实现量产规模的公司Intel,就花了十年的时间才量产。相比FinEFT而言,GAA相对上一代工艺的变化并不太大,但从实验室到商业化量产,依然需要一定的周期。

同时,台积电也曾表示,3nm沿用FinEFT技术,主要是考量客户在导入5nm制程的设计也能用在3nm制程中,无需面临需要重新设计产品的问题,台积电可以保持自身的成本竞争力,获得更多的客户订单。

从这一层面看,在3nm采取FinEFT、在2nm才计划切入GAA的台积电,或许更能赢得市场青睐。

6月营收环比大增,研发与量产的良性循环 

台积电在2nm切入GAA,同样可能存在资金的考虑。

观察台积电近三年的研发费用,其每年的研发费用占据营收费用的8%~9%,其营收逐年增加,研发费用也随之增多。

尽管不少人认为,台积电失去华为订单将面临营收风险,但根据台积电官网7月10日消息,台积电6月净收入约为1208.8亿元新台币(折合287.54亿元人民币),较2019年6月增长了40.8%。这是自1999年来,台积电月度营收首次超过1200亿新台币,创下历史新高。

此次营收大增的主要原因,可能是台积电为苹果A14处理器大规模量产,A14处理器由台积电独家代工,采用的是5nm工艺。

就台积电目前在营收上取得的成绩而言,台积电在研发上的投入将持续增多,这也就意味着,台积电将有更多的资金投入到2nm技术的研发,持续营收与研发的良性循环。

在同其他企业竞争的过程中,台积电始终保持自己的节奏,做出相对稳妥的决定,此次计划2nm导入GAA,是否会延续台积电在FinFET的成功?

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