台积电的第一代GAA-FET什么时候将到来

在日前举办的技术大会，台积电方面表示，公司的3nm将继续沿用之前的FinFET。那么大家的关注点就变成了，台积电的第一代GAA-FET什么时候将到来？

当我们越过22nm到16nm的壁垒时，几乎所有处于领先地位的主要半导体制造公司都从平面晶体管过渡到FinFET晶体管。FinFET的好处很多，包括更好的驱动电流和更低的泄漏，更好的可扩展性，更快的开关时间以及总体上更好的半导体逻辑晶体管选择。借助FinFET和多此改进，该技术已从英特尔的首批22nm产品扩展到了我们今年从台积电合作伙伴那里看到的5nm产品。

不出所料，在某个时候扩展FinFET将变得越来越难，因此需要新技术来帮助继续扩展。而后FinFET时代的晶体管技术的研究以惊人的速度进展，并且大多数注意力已转移到“Gate-All-Around”技术上，该技术可提升沟道并允许沟道宽度根据类型的需要而缩放晶体管在使用中。在晶体管性能控制方面，GAA-FET具有显着优势。对于大多数FinFET工艺，代工厂可以提供基于电压和性能的多种设计，但GAA-FET设计将这些分立的选择变成了更连续的东西。您可能会看到这些称为纳米片或纳米线的材料。

可以预料，与FinFET或平面晶体管相比，GAA-FET设计的构建要复杂得多。首次GAA-FET演示于1986年进行，而2006年演示了3nm实施方案。但是，与在客户可用的制造过程中进行大规模构建相比，在实验室中进行构建具有不同的复杂程度。在2018年至2019年的许多技术半导体会议上，许多设计公司和代工厂都讨论了GAA-FET或类似设计作为其即将推出的产品组合的一部分。

最值得注意的是，英特尔已经提到他们将在未来5年内开始使用它，这将使其围绕5nm-3nm节点技术发展。

三星已经宣布打算提供其版本的MBC-FET，作为其3nm工艺节点的一部分，新晶体管预计将在2021年下半年投入量产.2019年5月，该公司发表声明说，第一个v0.1版本的3GAE PDK已为客户做好准备。一年多以后，我们希望这能如期进行。三星的Foundry论坛的2020年版本由于COVID而被推迟，应该在今年晚些时候出现。

随着这类晶体管的使用越来越多，我们预计可用的薄片宽度范围以及GAA设计中的堆叠层数都会增加。今年的CEA-Leti在2020年VLSI技术和电路研讨会上展示了一种7层GAA-FET，它使用了专门用于高性能计算的纳米片。

那么台积电发生了什么？作为技术研讨会的一部分，该组织表示，其3nm制程技术将保留在FinFET上。该公司表示，已经对其FinFET技术进行了重大更新，以通过其工艺节点技术的另一次迭代实现性能和漏电扩展。台积电的N3将在FinFET上使用扩展和改进的版本，以获取更好的PPA。与N5相比，3nm的性能提高了50％，功耗降低了30％，密度提高了1.7倍。台积电表示，FinFET的可预测性将帮助该公司在预期的时间表上交付该技术。

最后这句话很有说服力。如果他们的FinFET目前已经发展到第三、第四或第五代（取决于代工），他们已经能更好地对其控制，但这不是第一代GAA-FET能控制的，为了满足其大客户（几乎所有领先的逻辑芯片）的需求，它必须保持节奏。话虽如此，如果愿意的话，台积电将来可能会在其3nm节点的不同版本上提供GAA-FET，但是与英特尔和萨宁相比，该公司目前尚未对此发表任何公开声明。

与这些技术一样，无论摩尔定律走向何方，目标都是扩大规模并带来一些现实。台积电的客户将不得不等到以后，看看GAA-FET是否可以为台式机带来更优化的性能。