三星將在4nm超越台積電？

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從幾大晶圓廠的Roadmap我們可以看到，TSMC、三星和格芯可能回來明年上馬7nm產線。

屆時新工藝將會為下一代產品提供更多高性能的晶片。

從現在的格局看，Intel也許有稍微落後，但可以肯定的是他們一定會持續投入到這個節點。

為了應對日益增加的開發和製造成本，三星、台積電和Intel都探索將晶片集成度提得更高的可能。

他們也還在加大研發，希望在7nm之後的下一代工藝領先於其他競爭對手。

7nm還沒到來，圍繞4nm的競爭已經開始打響！

7nm工藝的領先者台積電計劃在2019年試產5nm，也就是說在2020之前，我們並不會看到商用的4nm晶片。

落後於台積電的格芯在7nm上的投入也有一段時間，按照他們的說法，這個工藝將會持續一段時間，也就是說到2021年，我們應該都看不到他們的5nn工藝細節。

和前面兩家相比，三星的策略似乎顯得有點激進。

得益於在EUV方面的提前投入，並率先將新一代光刻機引入到7nm節點。

這個領先於所有對手的決定，讓他們可以在公司布局上走得更前。

在今年的ARM技術大會上，三星電子一再強調他們在7nm的野心，並大談特談他們在2018的計劃。

按照他們的說法，他們將會迅速推進6nm、5nm工藝的發展，並最早在2020年帶來4nm。

這個領先於所有競爭對手的規劃，會給台積電帶來壓力嗎？

率先布局EUV，三星的優勢

雖然三星並不是EUV光刻機的製造商，三星甚至不是ASML的股東，但公開的信息顯示，三星似乎已經在EUV光刻機的採購和產線布置上全面領先所有競爭對手。

昨天新聞甚至說到三星為其DRAM晶片採購了四台EUV光刻機，提早布局的EUV將會是三星的一大武器。

隨著摩爾定律的演進，傳統193nm光刻機並不能滿足縮小電晶體的需求，而EUV則被看做是未來先進工藝發展的重要技術之一。

面向尺寸更小、生產速度更高、成本更低等要求的新一代電晶體，只有波長更短的EUV光刻才能達到這樣的要求。

從表面上看，引入EUV工藝可以大幅提升性能，縮減曝光步驟、光罩數量等製造過程，節省時間和成本。

不過顯然引入EUV技術並不容易，其需要投入大量資金購買昂貴的EUV設備，同時需要進行大量的工藝驗證以確保在生產過程中獲得較佳的良率，才能以經濟的成本適用於生產晶元。

三星恰恰擁有這個優勢。

由於他們擁有多個產業，可以為它的先進半導體製造工藝提供資金支持，而它多年來也願意為此付出巨額的資金；三星也是全球最大的存儲晶元生產企業， 可以通過在存儲晶元上錘鍊先進工藝。

三星在2015 年7 月即攜IBM，利用EUV 打造7 納米晶片原型，在過去這三年其就採用EUV技術處理了20萬片晶圓生產SRAM。

在256MB的SRAM上，三星甚至實現了80%的良品率，這是三星在未來競爭中的基礎優勢。

在今年十月，韓媒BusinessKorea透露，業界消息顯示，三星正向荷蘭業者ASML洽談，打算購買10台EUV設備。

EUV極為昂貴，一台要價2,000億韓圓（約1.8億美元）。

報導進一步指出，ASML是全球唯一的EUV生產商，今年只製造12台，要是其中10台都被三星訂走，其他業者買不到設備，那麼三星的地位就更穩了。

在之前，我們也做過很多關於EUV的報導。

也說到三星將於TSMC和格芯布局EUV。

根據之前的報導，三星將會在7nm工藝上引入EUV，但TSMC和格芯在第一代7nm上將會繼續採用浸沒式光刻的做法，到第二代才引入。

這就使得三星在EUV的量產經驗上領先於競爭對手。

幫助他們在後面的工藝發展上，走在競爭對手前面。

5nm和4nm之後，矽晶圓製造商不但在推進EUV技術，他們還在探索FinFET之後的新設計，滿足更小設計的要求。

FinFET之後的探索，三星技勝一籌

以前的手機處理器使用的MOSFET矽電晶體，後來隨著工藝研究，漏電電流逐漸增加，於是業界都走向了FinFET，這也是現在的主流電晶體。

現在隨著製程的推進，業界正在探索在探索新的可能。

三星也很早就分享了他們在這方面的見解。

在年初由SEMI主辦的中國國際半導體技術大會上，三星指出，隨著7nm的到來，溝道變窄了，那就要求在在設計製備的時候需要從架構、溝道材料和工藝製備上進行創新，而GAA （Gate-all-around）FET、三五族溝道材料和EUV光刻是對應的最好答案。

他們認為在GAA上有兩種方案，一種是水平的，它能夠打破FinFET的限制。

另一種是垂直的，能突破更多的物理限制。

在這裡，我們介紹一下GAA 。

GAA有時候被稱作橫向納米線場效應管。

這是一個周邊環繞著 gate 的 FinFet 。

GAA 電晶體能夠提供比 FinFet 更好的靜電特性，這個可滿足某些柵極寬度的需求。

從表面上看， GAA 和柵極夾雜在源極和漏極之間的 MOSFET 很類似。

另外， GAA 同樣包含了 Finfet ，但和目前 fin 是垂直使用的 Finfet 不同， GAA 的 Finfet 是在旁邊。

GAA Fet 包含了三個或者更多的納米線，形成溝道的納米線懸空且從源極跨到漏極。

其尺寸是驚人的。

IMEC 最近介紹的一個 GAA fet 的納米線只有 8nm 直徑。

控制電流流動的 HKMG 架構能夠填補源極和漏極之間的差距。

但是從 FinFet 向 GAA 的轉變並不會有很大的優勢，當中你只是獲得了對電晶體靜電性能控制的提升。

GAA 最大的提升在於縮小了柵極寬度。

這樣你就可以得到一個全環繞和一點的靜電性能的控制。

當然， gate 的縮小是必不可少的。

在今年早些時候，三星、格羅方德與IBM一起，合夥推出了世界上第一個基於EUV和GAAFET打造的5nm矽晶片。

根據三星最新的消息，他們將會在4nm的時候將GAA技術正是引入。

那就意味著5nm之後，三星將會用GAAFET取代FinFET。

三星方面也表示，到時不排除引入新材料。

對GAAFET來說，最大的挑戰就是其製造會比FinFET困難許多。

那麼其成本會更加貴。

根據IBS的估算,在5nm節點,設計一款主流晶片的成本將高達4.76億美元水平,而7nm節點的成本僅3.492億,28nm則是0.629億。

大戰已經開啟，三星勝算幾何？

雖然對消費者來說，到2018年甚至2019年，他們都不能從7nm晶片上受益。

但是晶圓廠已經在這兩項技術上投入了很多。

三星也已經開始到處展現他們在上面的成就了。

從他們的公開信息我們可以看到，他們似乎對EUV和GAAFET很有信心，憑藉這兩項技術在4nm上領先於所有競爭對手。

從三星在晶圓廠的表現看來，4nm將會是他們超越台積電的一大重要節點。

不過我們應該看到，三星並不是唯一一個在EUV和GAA技術上布局的廠商，其他晶圓廠也在上面的布局應該也很快會面世。

雖然目前來看三星表現得很激進，領先也很多。

但在晶圓代工領域，預先布局，並不代表你能領先。

我們期待看到台積電和格芯的更多進展，才能做出一個更公正的評價。

舉個例子，台積電一貫以來在研發先進工藝上出了名保守。

在研發16nm工藝的時候它就先在2014年量產了14nm工藝然後再在2015年引入FinFET工藝，而三星則直接在2015年量產14nmFinFET首次取得在先進工藝上對台積電的領先優勢。

但是在後來的蘋果處理器上發生的「晶片門」表示，台積電還是領先於三星。

另外，我們還要看到，客戶的支持對於晶圓廠的進展有很大的幫助。

目前台積電前三大客戶分別是蘋果、高通和博通，其次分別是聯發科和大陸手機晶片廠海思；從前五大客戶組合來看，代表手機晶片是台積電最重要客戶群。

而這些客戶都是走在晶片製造技術的前沿，他們給台積電的加持，是三星所不能企及的。

而在三星方面，雖然一直有高通在加持，但在今年７月有消息傳出，高通驍龍８４５將會轉向台積電生產，這對三星來說也許會是一個障礙。

據《路透社》七月報導， 三星執行副總裁暨晶圓代工製造業務部門的負責人 E.S. Jung 表示，三星的晶圓代工業務希望未來 5 年內把市場占有率提升至 25% 的比例。

但聯想到台積電今年的市占達到了５６％，其高額的利潤將會成為他們未來技術競爭的最好保證。

再加上大摩早前的報告指出，存儲產業的超級周期終於終結。

這個占三星營收６０％的業務的放緩，加上三星本身的「動盪」，會否阻礙三星未來的發展，這又給我們提出了疑問。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1473期內容，歡迎關注。