明年上半年量产！三星要借3nm节点超越台积电？

电子发烧友报道（文/梁浩斌）在10nm及以下先进制程的竞争中，台积电与三星已经成为了唯二的对手。在2020年5nm实现量产时，同样的Cortex-A76内核在基于三星的5nm制程芯片上，同频功耗要比基于台积电5nm制程的芯片高出20%-30%，因此三星的5nm也被不少人认为是“翻车”的一代产品。

当然，如今各家晶圆代工厂对于工艺节点上的命名更像是玩“数字游戏”。比如三星当年的8nm工艺就跟台积电10nm的晶体管密度几乎相同，而英特尔最近也将他们原本的10nm Enhanced SuperFin工艺，命名为Intel 7。从TechCenturio的数据来看，英特尔10nm的晶体管密度其实与台积电第一代的7nm相当。

值得一提的是，在性能上落后的同时，台积电5nm量产的时间还比三星提早半年。而作为追赶者，三星似乎将赌注压在了下一个工艺节点。早在台积电之前，三星就公布了大量3nm节点的细节，并高调放出清晰的路线规划，展示出很大的决心，要抢先在台积电之前实现量产。

三星推迟3nm量产时间：一场与时间的赛跑

在10月7日的Samsung Foundry Forum 2021上，三星宣布推迟了3nm的量产计划，从原本的今年年底量产推迟至明年上半年。有意思的是，台积电今年8月也宣布推迟3nm量产的时间。

对于晶圆代工领域，制程工艺的竞争是一场与时间的赛跑。台积电凭借在7nm、5nm节点量产时间上的巨大领先优势，获得了苹果、AMD等大客户青睐。也正是凭借各个工艺节点上积累下来的口碑，台积电在此前新工艺节点还未实现量产时，就已经获得大量订单，包括明年的3nm。

在2015-2016年期间，三星就曾一度夺走了台积电不少大客户的订单，实现了收入的大幅度增长。不过后来还是因为台积电在先进制程上的领先，以及三星自家智能手机芯片的衰退而导致销售额下滑。

三星在2018年公开表示，目标是先超越联电和格芯，最终超越台积电成为第一。实际上，TrendForce公布的2021年第一季度全球十大晶圆代工厂营收排名中，三星已经成功超越联电和格芯排名第二，仅次于台积电。

三星在自己的路线规划中，选定了3nm作为超越台积电的节点。早在2018年，三星就宣布在3nm节点放弃FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管），选择GAA（Gate-all-around，环绕栅极）路线，三星的GAA技术又被称为MBCFET。


三星官方的资料显示，一般的GAAFET形式是纳米线沟道，沟道的外廓被栅极完全包裹，接触面积相比于传统的FinFET更好，意味着更好的静电特性，并且可以进一步缩小尺寸。

不过三星认为，纳米线沟道设计过于复杂，相比性能上的提升，要付出的成本可能过于巨大。因此三星改进了GAA形式，采用MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多桥-通道场效应管)，将GAAFET中的纳米线换成更简单的纳米片堆叠。三星表示MBCFET的设计可以兼容FinFET技术，在面积不变的情况下提升性能，并保留GAAFET的全部优点。

在7号的Foundry Forum上，三星还强调他们的3nm GAA制程技术相比5nm可以降低35%的芯片面积，并提高30%性能或降低50%功耗。而这个数据，要比台积电N3领先不小。

主要原因是，台积电在3nm节点上比较保守，依然选择了成熟的FinFET工艺来开发N3制程。从台积电公开的消息来看，N3相比N5在同功耗下提供10%~15%的性能增幅，或者在同性能下降低25%~30%的能耗。

所以，明年的3nm节点，如果两家代工厂能按照预定计划实现量产，那么这一年很可能是三星在先进制程技术上第一次从量产时间、技术先进性上超越台积电。当然，这或许是台积电一直以来的策略，毕竟在20nm节点上，台积电就比竞争对手更迟使用FinFET工艺。

另一方面，也可能是台积电在GAA架构上本身就已经落后。对于三星和台积电来说，如果不能在3nm节点的量产时间上取得领先，那么在市场上将会处于被动地位。而有业内人士表示，台积电在GAA架构的开发商落后三星12至18个月。而为了N3制程尽快量产，不得不以更稳定可靠的FinFET工艺争取赶在三星之前实现量产。

晶圆代工市场大变局会出现吗？

根据TrendForce的数据，2021第一季度晶圆代工市场中，台积电依然处于绝对霸主的地位，市场份额高达55%，而三星虽然已经超宇格芯和联电排名第二，但份额只有17%。在近20年间，台积电作为晶圆代工模式的开创者，已经积累了太多资源，似乎已经没有人可以撼动台积电的地位。

晶圆代工是一个重资产高投入的行业，三星为了追赶台积电，计划在2030年前投资1160亿美元，希望成为全球最大的半导体代工企业。而台积电也已经宣布未来三年内向代工业务投资1000亿美元，以维持自己的市场地位。

正如英特尔在10nm的技术路线上遇到的问题，14nm一用就是5年，台积电是否也会遇到这样的情况？我们不得而知，但台积电的竞争对手确实已经开始提速。

在这次Foundry Forum上，三星还宣布计划在2025年量产2nm节点的产品，并在2026年开始开始大量上市。另一方面，英特尔今年3月宣布重启晶圆代工业务，表示在2023年下半年量产基于FinFET工艺的Intel 3（类似于台积电3nm），而英特尔2nm制程甚至比三星还要早，预计在2024年量产基于GAA技术的Intel 20A。

但计划终归是计划，跳票才是常态，未来先进制程竞争对晶圆代工市场的影响还得且看且行。