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三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？( 二 )


不过，台湾相关机构的立场和观点往往都会偏向本土的台积电，看衰三星3nm GAA也属正常 。
【三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？】同样，韩国半导体分析师的观点也往往是看好本土的三星 。此前，韩国半导体分析师Greg Roh就表示三星3nm制程良率提升速度远高于市场预期，新增客户速度相当快 。
GAA架构晶体管到底有何优势？
传统的平面晶体管（Planar FET）通过降低电压来节省功耗，然而，平面晶体管的短沟道效应限制了电压的继续降低，而FinFET（鳍式场效应晶体管）的出现使得电压得以再次降低，但随着工艺的继续推进，FinFET已经不足以满足需求 。于是，GAA（Gate-all-around，环绕栅极）技术应运而生 。
三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？
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如下图，典型的GAA形式——GAAFET是（Gate-all-around FETs）采用的是纳米线沟道设计，沟道整个外轮廓都被栅极完全包裹，代表栅极对沟道的控制性更好 。
相比之下，传统的FinFET 沟道仅3 面被栅极包围 。GAAFET 架构的晶体管提供比FinFET 更好的静电特性，可满足某些栅极宽度的需求 。这主要表现在同等尺寸结构下，GAA 的沟道控制能力强化，尺寸可以进一步微缩 。
三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？
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不过，三星认为采用纳米线沟道设计不仅复杂，且付出的成本可能也大于收益 。因此，三星设计了一种全新的GAA形式——MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多桥-通道场效应管），采用多层堆叠的纳米片来替代GAAFET中的纳米线 。
这种纳米片设计已被研究机构IMEC当作FinFET 架构后续产品进行大量研究，并由IBM 与三星和格罗方德合作发展 。
三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？
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三星表示，MBCFET可以在保留所有GAAFET优点的情况下，最小化复杂度 。同时，MBCFET的设计可以兼容之前的FinFET技术，可以直接将为FinFET的设计迁移到MBCFET上，在不提升面积的情况下，提升性能 。
此外，在制造环节，此技术也具高度可制造性，因为其利用约90% FinFET 制造技术与设备，只需少量修改的光罩即可 。
三星在去年就曾对外表示，MBCFET出色的栅极可控性，比三星原本FinFET 技术高出了31%，且纳米片通道宽度可直接图像化改变，设计更有灵活性 。
三星的3nm GAA（MBCFET）工艺分为3GAAE (3nm Gate- AlI-Around Early）和3GAAP（3nm Gate- AlI-Around Plus）两个阶段 。目前量产的正是3GAAE 。
需要指出的是，三星基于GAA技术的3nm制程不同于台积电FinFET架构的3nm制程，所以三星要成功量产3nm GAA制程工艺，也需要新的设计和认证工具 。
据了解，三星3nm GAA制程工艺采用了新思科技的Fusion Design Platform平台，来为其GAA 架构的生产流程提供高度优化参考方法 。针对三星3nm GAA制程技术的物理设计套件（PDK）早在2019 年5 月就已发布，并在2020年通过了制程技术认证 。
新思科技数字设计部总经理Shankar Krishnamoorthy当时曾表示，GAA 晶体管结构象征着制程技术进步的关键转换点，对保持下一波超大规模创新所需的策略至关重要 。新思科技与三星战略合作支持提供一流技术和解决方案，确保发展趋势延续，以及为半导体产业提供机会 。
台积电与英特尔将在2nm引入GAA技术
一直以来，为了追赶台积电，三星在先进制程的推进上一直都比较激进 。相比之下，作为业界龙头的台积电则一直比较稳健 。
台积电在3nm制程工艺上并没有选择GAA架构的晶体管，而是依然采用FinFET（鳍式场效应晶体管），因为这将会为台积电带来更好的稳定性，即可以复用之前成熟稳定的技术，同时成本可能也能够得到更好的控制 。并且给台积电预留更多的对GAA晶体管架构优化的时间 。
根据台积电此前2022年台积电技术论坛上公布的数据显示，其即将量产的依然采用FinFET晶体管架构的N3E（3nm的低成本版）制程工艺，相比前代的5mm制程工艺，性能将提升18%，功耗可降低34%，晶体管密度可提升30% 。
三星|三星量产3nm！真领先台积电 还是“赶鸭子上架”？
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从这个数据来看，三星3nm GAA制程工艺的与其前代5nm制程工艺相比所带来的性能提升幅度和功耗降低的幅度都要比台积电（3nm VS. 5nm）更高 。


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