領先台積電一年，三星發布3nm GAA工藝 PDK...

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3nm！5月14日，在三星的代工論壇活動中，三星發布了其第一款3nm工藝的產品設計套件（PDK） alpha 0.1版本，旨在幫助客戶儘早開始設計工作，提高設計競爭力，同時縮短周轉時間（TAT）。

這一宣布的特別之處在於，3nm是三星打算推出下一代環繞柵極 Gate-All-Around（GAA）技術以取代FinFET的工藝節點。

這個被稱為當前FinFET 技術進化版的生產技術，能夠對晶片核心的電晶體進行重新設計和改造，使其更小更快。

而根據國際商業戰略諮詢公司(International Business Strategies) 執行長Handel Jones 表示，目前三星正透過強大的材料研究讓晶圓製造技術獲得發展。

而在GAA 的技術發展上，三星大約領先台積電1 年的時間，而英特爾封面則是落後三星2 到3 年。

與7nm技術相比，三星的3GAE工藝可將晶片面積減少45％，功耗降低50％或性能提高35％。

基於GAA的工藝節點有望在下一代應用中廣泛採用，例如移動，網絡，汽車，人工智慧（AI）和物聯網。

三星計劃通過其3納米工藝的專有MBCFET™（多橋通道FET）技術為其無晶圓廠客戶提供獨特的優勢。

MBCFET™是一種先進的薄而長的線型GAA結構，可堆疊薄而長的納米片，如紙張，以提高性能和功率效率，以及與pinpet工藝的兼容性。

它具有利用技術的優勢。

平面FET，FinFET，GAAFET，MBCFET™電晶體結構

超越FinFET：GAA

在過去十年中，基於邏輯的工藝技術創新的主要驅動力是FinFET。

與標準平面電晶體相比，FinFET在工藝節點減小時允許更好的性能和電壓縮放，從而最大限度地減少了電晶體限制的負面影響。

FinFET通過在垂直方向上縮放來增加電晶體的溝道和柵極之間的接觸面積，與平面設計相比允許更快的切換時間和更高的電流密度。

然而，就像平面電晶體一樣，FinFET電晶體最終會達到一個極限點，隨著工藝節點的收縮，它們無法伸縮。

為了擴大規模，通道和柵極之間的接觸面積需要增加，實現這一點的方法是採用Gate-All-Around（GAA）的設計。

GAA調整電晶體的尺寸，以確保柵極不僅在頂部和兩側，也在通道下方。

這使得GAA設計可以垂直堆疊電晶體，而不是橫向堆疊。

基於GAA的FET（GAAFET）可以具有多種形狀因子。

大多數研究都指向基於納米線的GAAFET，具有較小的通道寬度並使通道儘可能小。

這些類型的GAAFET通常可用於低功耗設計，但難以製造。

另一種實現方式是使通道像水平板一樣，增加通道的體積，從而提供性能和擴展的好處。

這種基於納米片的GAAFET是三星所謂的多橋通道FET或MBCFET，它將成為該公司的商標名稱。

在平面電晶體縮放到22nm/ 16nm左右的情況下，當我們從22nm/ 14nm下降到5nm和4nm時，FinFET是理想的。

三星計劃在其3nm設計上推出基於納米片的GAAFET，完全取代FinFET。

3nm PDK

當半導體公司在給定工藝上設計新晶片時，他們需要的工具之一是來自代工廠的設計套件（PDK）。

例如，對於在14nm晶片上創建Arm晶片的人來說，他們會調用Arm並要求為三星、台積電或GlobalFoundries提供的Cortex-A55設計套件，該套件已針對該流程進行了優化。

對於14nm，這些設計套件非常成熟，根據您是否需要高頻率或低功耗優化，Arm可能會提供不同的版本。

然而，對於一個新的工藝技術時，PDK會經歷alpha和beta版本。

PDK包含流程的設計規則，以及用於實現功耗和性能最佳的優化。

三星在今天推出其第一代3nm alpha版PDK，用於採用MBCFET的第一代3nm工藝。

三星將此流程稱為「3GAE」流程，這個alpha版本將允許其合作夥伴開始掌握其3GAE流程的一些新設計規則。

三星在其首個3GAE流程中做出了許多承諾。

其中一個標題是將工作電壓從0.75伏降低到0.70伏。

與7nm相比，三星的3GAE工藝旨在將晶片面積減少45％，功耗降低50％或性能提高35％。

三星表示，這些性能數據基於對頻率很重要的關鍵路徑使用較大寬度的單元，而對於非關鍵路徑使用較小寬度單元，其中節能是至關重要的。

從中可以看出其中的一些：三星預計其3GAE流程將在2020年首次提供客戶流片，2020年末風險生產，2021年末批量生產。

除了3GAE之外，三星已經預測其第二代3nm工藝將被稱為3GAP，重點是高性能操作。

3GAE將於2021年投入風險生產，大規模生產可能在2022年。

PDK工具和EDA合作夥伴

PDK工具包括SPICE，DRC，LVS，PEX，P-Cell，Fill Deck和P＆RTechfile。

EDA合作夥伴包括Cadence，Mentor和Synopsys。

(整理自：anandtech、三星官網、technews）

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