三星在3nm率先使用GAA 是否更具竞争力

电子发烧友网报道（文/李弯弯）8月17日消息，据业内人士透露，今年底苹果将是第一家采用台积电3nm投片的客户，首款产品可能是M2 Pro处理器，明年包括新款iPhone专用A17应用处理器，以及M2及M3系列处理器，都会导入台积电3nm芯片。

而在台积电3nm量产之前，三星已经在今年6月30日宣布，其采用全环绕栅极晶体管架构的3nm制程工艺，在当日开始初步生产芯片，据外媒报道，三星电子采用3nm工艺代工的首批芯片，定于7月25日出货。台积电、三星的3nm之争似乎已经拉开帷幕。

台积电3nm获得更多客户青睐

今年7月中旬，台积电在法人宣讲会中就指出，3nm制程将于今年下半年量产，并于2023年上半年贡献营收，增强版3nm制程将在3nm量产一年后量产，3nm及增强版3nm制程主要应用为智能手机及高性能运算。

据台积电此前介绍，该公司3nm工艺有多种不同版本，N3是最早也是最标准的3nm，它面向有超强投资能力、追求新工艺的早期客户，比如苹果，对比N5，功耗可降低约25-30%，性能可提升10-15%，晶体管密度可提升约70%。

Ehanced增强版N3E在N3的基础上提升性能、降低功耗、扩大应用范围，对比N5，同等性能和密度下功耗降低34%、同等功耗和密度下性能提升18%，或可将晶体管密度提升60%。台积电称，N3E可以达到比N4X更高的频率。

另外还有N3P，Performance性能增强版；N3X超高性能版，不在乎功耗和成本。

早前就有多家大型芯片公司表示将采用台积电3nm工艺，据之前报道，本来英特尔和苹果一起会成为台积电3nm首发客户，不过近来有消息显示，英特尔3nm订单几乎全部取消，14代酷睿GPU赶不上3nm工艺首发。随着英特尔退出，台积电3nm首发客户就只剩苹果了。

不过未来英特尔、AMD、NVIDIA、联发科、高通、博通等都规划采用台积电3nm工艺，英特尔预计在明年下半年采用3nm生产处理器芯片，NVIDIA、联发科、博通、AMD等预计将会在2023年到2024年陆续完成3nm芯片设计并开始量产。

相比之下，三星虽然已经使用3nm GAA制程为客户生产芯片，然而并未公布客户名单，有消息透露，三星3nm首批客户是三星电子自身及一家矿机芯片厂商上海磐矽半导体技术有限公司，另外三星的大客户高通未来可能会采用三星3nm工艺。

从目前的情况来看，虽然三星赶在台积电之前量产了3nm工艺，而且更是比台积电更早用上了GAA，台积电在3nm仍然使用FinFET，将在2nm工艺使用GAA，不过从客户的青睐程度来看，台积电使用成熟的FinFET的3nm工艺似乎更被看好。

三星在3nm率先使用GAA，是否更具竞争力

就如前文所言，台积电3nm制程节点仍然使用FinFET（鳍式场效应晶体管），而三星在3nm节点上激进的选择了GAA晶体管技术。台积电此前表示，3nm继续使用FinFET晶体管是综合考虑，能提供给客户最成熟的技术、最好的效能及最佳的成本。

FinFET全称Fin Field-Effect Transistor，中文名叫鳍式场效应晶体管，是一种新的互补式金氧半导体晶体管，FinFET命名根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性。

在传统晶体管结构中，控制电流通过的闸门，只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构。在FinFET的架构中，闸门成类似鱼鳍的叉状3D架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流，也可缩短晶体管的栅长。

在2011年初，英特尔推出商业化的FinFET，在其22nm节点工艺上使用，台积电等主要的晶圆代工企业也开始推出自己FinFET，从2012年起，FinFET开始向20nm和14nm节点推进。

然而随着芯片制程进一步微缩，到3nm、2nm的时候，FinFET就到了它的极限，鳍片距离太近、漏电重新出现，随着工艺微缩，原来一个FinFET 晶体管上可以放三个鳍片，现在只能放一个，这样就得把鳍片增高，到一定高度后，很难保持直立，FinFET 结构就很难形成。

也就是说之后FinFET就不可行了，于是GAA就登场了。GAA全称Gate-All-Around，是一种环绕式栅极技术晶体管，也叫做 GAAFET。它的概念最早在比利时IMEC Cor Claeys博士及其研究团队于1990年发表文章中提出。

GAA可以说是FinFET的改良版，晶体管结构有所改变，栅极和漏极不再是鳍片的样子，而是一根根小棍子，垂直穿过栅极，这样栅极能够实现对源极、漏极的四面包裹，从三接触面到四接触面，并且还被拆分成好几个四接触面，栅极对电流的控制力进一步提高，GAA这种设计可以解决原来鳍片间距缩小的问题，并且在很大程度上解决栅极间距缩小后带来问题，例如电容效应等。

目前在3nm工艺上，唯一使用GAA晶体管技术的是三星，台积电和英特尔则会在2nm工艺节点使用GAA。三星一直以来致力于追赶台积电，三星的考虑是，提前在3nm制程中使用GAA或许能够为其赢得领先优势。

三星此前谈到，相比于4nm FinFET，3nm GAA工艺在频率和功耗方面具有很大改善，在相同的有效沟道宽度下，3nm GAA能够达成更高的频率，同时达成更低的功耗。

在3nm GAA上，三星的推进速度还是比较快的，2020年1月三星宣布将生产世界上第一个3nm GAAFET工艺原型，2021年6月，三星宣布与Synopsys合作的采用GAA架构的3nm制程技术已经正式流片。到今年6月，领先于台积电使用3nm为客户生产芯片。

在3nm芯片中提前采用GAA工艺能否给三星带来更多竞争优势呢？Gartner研究副总裁盛陵海在前在接受媒体采访的时候表示，FinFET工艺结构相对更成熟，能够更好的控制成本，而引入GAA，很多技术需要重新考量，需要花费更多成本。

而且三星又急于在3nm领先台积电，可能会因为急于求成，在新技术的研究上存在不足，整体来看，在成本、技术成熟度上，可能会令客户担忧，并且对于客户来看，并不是用上了更新的GAA就更好，最终还是综合看功耗、性能、价格等。

小结

目前来看，在3nm上三星领先于台积电量产，并率先用上了GAA，不过从客户的反应来看，台积电使用成熟FinFET的3nm似乎更受青睐。

未来在更先进的工艺上，台积电、英特尔也将会用上GAA，这样看来，三星率先在3nm中使用GAA，提前进行研究，或许在当下来看不具优势，而未来随着经验的积累，优势将会逐渐显现出来也未可知，不过这最终还是要看谁更能为客户带来性能更好，价格更适中的产品。

审核编辑：彭静