3nm還在指日可待，2nm卻已先聲奪人。、
最近IBM在其官網(wǎng)宣布制造全球第一顆基于GAA的2nm芯片，揭開了先進工藝的新突破。與主流7nm芯片相比，2nm芯片將預(yù)計實現(xiàn)提高45%的性能或降低75%的功耗。
此舉自然為工藝的“演進”注入新的強心劑，但由此也在業(yè)界引發(fā)了連環(huán)“追問”：這一技術(shù)誰會盡快接盤商用?GAA是否將成主流?這會對臺積電造成沖擊嗎?大陸先進工藝將何去何從?
接盤俠?
看來GAA已成為先進工藝新的“分野”。
代工龍頭臺積電在5nm和3nm節(jié)點均采用FinFET結(jié)構(gòu)，預(yù)計2nm將采用以GAA工藝為基礎(chǔ)的MBCFET架構(gòu)，而三星在3nm節(jié)點即正式“投懷”GAA。
而之所以三星激進臺積電穩(wěn)健，業(yè)界知名專家喬宇分析說，三星相對激進，因兩家模式不一，導(dǎo)致技術(shù)節(jié)奏、路線不一。坦白說三星不差錢，三星集團可大筆砸錢于最先進工藝的開發(fā)，哪怕不賺錢也能承擔(dān)。臺積電則不一樣，它一定要求穩(wěn)，因為它承擔(dān)了太多設(shè)計公司的“身家性命”，難容差池。
此次IBM 2nm試產(chǎn)的成功，驗證了GAA新技術(shù)的可行性，這會加速GAA量產(chǎn)嗎?“現(xiàn)在只是試產(chǎn)成功，還需要一段時間來提升良率、穩(wěn)定生產(chǎn)。FinFET和GAA應(yīng)過渡平緩一點，不要太激進，因GAA 2nm技術(shù)可能在實驗室層面沒問題，但從整個產(chǎn)業(yè)鏈的配套以及成熟量產(chǎn)的推進來看，仍存諸多挑戰(zhàn)及未知。”喬宇謹(jǐn)慎地說。
這就進一步引發(fā)更深層次的問題，新技術(shù)從實驗室走向商用，誰會來“接盤”落地?又會對業(yè)界造成何種影響?
正如北京半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副秘書長兼技術(shù)研究部部長朱晶所言，對GAA 2nm量產(chǎn)的突破還是需要把眼光聚焦到大生產(chǎn)線上，而不是研發(fā)線。后者不涉及到商業(yè)運營，沒有成本和量產(chǎn)的概念，更多是前沿創(chuàng)新突破和專利布局。
而早在2014年IBM就退出代工業(yè)務(wù)，將其IBM Microelectronics部門出售給格芯。按照IBM奧爾巴尼研究室簽訂的合作協(xié)議，其2nm芯片代工業(yè)務(wù)或?qū)⑽薪o三星、格芯、英特爾等合作企業(yè)。
從上述合作伙伴來看，三星已采用GAA押注3nm，并在SRAM上初露鋒芒，但2nm暫時未見披露。喬宇談到，如果三星覺得IBM 2nm技術(shù)不錯，有可能直接將其買斷而后在三星推廣量產(chǎn)，承擔(dān)代工重任。而格芯在先進制程工藝上還稍為落后，恐難以消化。從英特爾來看，7nm制程芯片預(yù)計2023年投產(chǎn)，或不太可能從7nm激進地躍遷到2nm。
“從應(yīng)用入手，2nm更適合以手機芯片這一體量巨大的市場開道，一是為攤薄成本，另一個是量大之后可反向評估，從而進一步催熟工藝。英特爾以PC/數(shù)據(jù)中心等CPU為主，可能更趨于求穩(wěn)，不會那么快地Touch這一最先進工藝。”喬宇進一步分析。
因而，采用IBM 2nm技術(shù)量產(chǎn)芯片的“藍圖”看來還未明朗。
至于對臺積電的影響，似乎并無多大“波瀾”。臺積電早于2019年即成立了2nm專案研發(fā)團隊，業(yè)已取得了關(guān)鍵性的突破，有望于2023年下半年進行風(fēng)險性試驗，并且宣稱試產(chǎn)良率可望達到90%，2024年將進入量產(chǎn)階段。因而，臺積電2nm技術(shù)試產(chǎn)略落后于IBM，但量產(chǎn)計劃更為提前。
“因而，如果說比拼技術(shù)實驗室水平或?qū)＠?，可能IBM占據(jù)一定優(yōu)勢，但要比拼晶圓代工業(yè)，臺積電還是無法撼動的。因為從試產(chǎn)到量產(chǎn)中間還有巨大的鴻溝，還有諸多技術(shù)、IP、EDA等生態(tài)挑戰(zhàn)。”喬宇判斷說。
GAA的“風(fēng)光”
GAA看似迎來了高光時刻，成為繼FinFET之后的新“主力”。
根據(jù)設(shè)計的不同，GAA有不同的形態(tài)，目前比較主流的四大技術(shù)是納米線、MBCFET、六角形截面納米線、納米環(huán)。需要指出的是，與臺積電一樣，三星對外介紹的GAA技術(shù)也是MBCFET。有專家分析，這表明MBCFET將成GAA主流。
正如2011年英特爾推出22nm FinFET成為工藝“轉(zhuǎn)型”的分水嶺，如今GAA的登臺亮相亦是大勢使然。喬宇提及，從平面到FinFET、再到GAA，考驗實際上來自于柵極如何有效控制源極和漏極之間的溝道產(chǎn)生的電流，如何做到漏電流更好、功耗更小?GAA有比FinFET更高的性能表現(xiàn)，但顯而更難制造。
但GAA的風(fēng)光能持續(xù)多久?
“目前來看GAA在3nm、2nm工藝被采用，但有可能就延續(xù)兩代或兩代半，到1nm時有可能轉(zhuǎn)向采用CMOS結(jié)構(gòu)的Complementary FET(CFET)。”喬宇話鋒一轉(zhuǎn)說。
要知道，除了IBM、英特爾、臺積電、三星具有強大的工藝研發(fā)實力之外，比利時微電子中心IMEC也是全球知名的半導(dǎo)體研發(fā)中心。當(dāng)達到1nm節(jié)點時，IMEC會采用CFET，通過在p型FET上堆疊n型FET，即通過三維堆疊具有不同導(dǎo)電類型的晶體管，從而大大減小標(biāo)準(zhǔn)單元面積。
雖然CFET的工藝流程非常復(fù)雜，但毫無疑問極大地縮小了CMOS、SRAM的面積，達到了集成化。但能否做到所期待的晶體管特性，成為未來研發(fā)的關(guān)鍵。
大陸代工困局
國外在先進工藝一騎絕塵，進一步折射出大陸在先進工藝追趕的路上愈加崎嶇坎坷。
朱晶還認(rèn)為，IBM做2nm并不是想臺積電爭搶市場的，IBM越來越像IMEC了，以后可能會和三星、英特爾、臺積電都聯(lián)合合作，甚至接受這三家的定制化研發(fā)任務(wù)，去解決一些技術(shù)難點，共同往1nm走。
“而且，越往2nm和1nm走，越是合作的趨勢，因為要突破的技術(shù)難點太多了，不合作對于哪家而言成本都是巨大的。”朱晶分析道。
在國外巨頭抱團取暖的情形下，朱晶坦言這對大陸而言還挺不利的，越往前走，國外先進國家的企業(yè)越抱團，大陸卻沒團可抱。
還要明了的是，如果三星商用了IBM的2nm授權(quán)，那以后三星的2nm也被冠以美國技術(shù)了，那在當(dāng)下中美科技博弈將成為常態(tài)化的情形下，不可能授權(quán)給大陸代工企業(yè)使用。
盡管在先進工藝，有機構(gòu)和專家宣稱國外廠商無法繞開其一些專利，可為大陸IC業(yè)保駕護航。對此，半導(dǎo)體知名專家指出，這種專利交叉是肯定有的，但關(guān)鍵是要成體量，才能真的保駕護航，一兩個是不成氣候的。而且一個技術(shù)方向一般稱得上保駕護航的水平的，需要幾百上千個專利，因此還是要集合全國的力量去做專利池。
