蓝色巨人抢先发表2奈米 三星得利? 冲击台积电看这件事

IBM发表首创2奈米晶片制程(资料照/路透)

国际商业机器公司IBM发表新一代电晶体架构环绕闸极(GAA)技术的2奈米制程晶片,比起当前最先进的7奈米、5奈米制程晶片,2奈米制程电晶体密度更高、增加 45% 效能能源效率提升达75%。至于目前在3奈米、甚至是2奈米制程投入大量研发资金的台积电、三星电子,IBM是否会对市场投入巨大影响,以实验室的结果到量产实际上是两个不同层级的问题来看,IBM本身不太可能造成威胁,但这已经足以证实,2奈米制程GAA技术的可行性,三星是否可能采用IBM技术来生产先进制程晶片,将成为观察重点。

由于IBM这家存续百年以上、开拓电脑事业发展的科技公司,在1940年后的LOGO标志都是以蓝色为主,也被业界称作是蓝色巨人。IBM发布的报告指出,随着极紫外光(EUV)微影技术的应用以来,对于制程名称电晶体面积叙述已经失去实际意义。IBM 的2奈米制程号称在150mm²的面积中塞入500亿个电晶体,平均每平方公厘是3.3亿个。

积电和三星的7奈米制程大约在每平方公厘是9,000 万个电晶体左右,三星的 5LPE 为1.3亿个电晶体,而台积电的5奈米则是1.7亿个电晶体。包括台积电、三星在进入20奈米以下制程,开始采用鳍式场效电晶体(FinFET),成功克服面临的物理极限,但随着进入3/2奈米制程,新的物理极限再度出现,GAA技术就成为关键

GAA技术有分别有采用奈米线做为电晶体鳍片的GAAFET,另外一种则是奈米片形式的较厚鳍片的多桥通道场效应电子电晶体 MBCFET,一般大多是以GAAFET来描述。

GAAFET早在1988年就问世,该种设计更有效扩张接触面积,理论上让性能功耗大幅改善,但在当时电晶体通道只能加宽1或2倍,精度难以控制,甚至使得效率变差,导致FinFET更早一步被业界踏入先进制程领域广为使用。

IBM早在2015 年就发表 7奈米制程,但一直到去年8月才有第一个商用化产品出现。台积电7奈米制程则是在2018年4月开始量产,并在2020年跨入5奈米制程,甚至预计在2021年预计推出5奈米制程强效版,2022年下半年将量产3奈米制程,与5奈米制程同家族的4奈米制程预计同年量产。对此,三星则是在2019年推出7奈米制程,并直接使用EUV技术,2020年推出5奈米制程,虽然三星试图追上台积电,但在良率方面,台积电仍以优于同业的表现获得多数客户青睐。反到是同样是半导体巨头英特尔,要等到2023年才会投产,并声称机会与台积电等合作伙伴生产晶片。

回到IBM发表的2奈米制程GAA技术,过去IBM曾有晶圆代工部门,后来拆分并入包括AMD等美国半导体厂商合并成为的格罗方德(GlobalFoundries),现在已经把晶片委由三星代工生产,并在纽约州阿尔巴尼(Albany)仍保有一座晶片制造研发中心来试产,并与三星和英特尔签署联合技术开发协议,让这两家公司可以使用IBM技术来生产晶片。

也就是说,IBM的技术若能顺利提供给三星使用来生产晶片,的确可能对台积电会有部分影响,但从实验室成果转到实际生产有一大段差距。另外,台积电3奈米制程预计继续采用FinFET,也是对该公司的微缩技术相当有自信。据台积电所述,该公司在FinFET架构拥有优于业界的技术,在过去的制程技术上,电晶体密度、FinPitch表现上也更优秀,让台积电可以更有效控制成本,协助在3奈米制程有机会继续胜过三星。

台积电董事长刘德音曾指出,台积电2奈米制程将转向采用GAA架构,提供比FinFET架构更多的静电控制,改善晶片整体功耗。

至于三星日前提出自家GAA技术细节,包括在与该公司的7奈米LPP制程相比,3GAE 制程可以在同样功耗下提高性能30%,或是在同样频率降低功耗50%,电晶体密度提升80%。三星还指出,3奈米制程MBCFET 技术将会在 2022 年投产。

据《中央社报导,工研院产科国际所研究总监杨瑞临指出,IBM发表2奈米制程对于半导体产业是一件大事,象征着GAA架构的可行性,让台积电、三星朝着2奈米制程研发加速,虽然这可能使得台积电的竞争压力增加,但台积电有着众多客户,可以有效缩短学习曲线、良率提升以及降低成本,同时又较三星这类的垂直整合制造(IDM)模式更具有不与客户竞争的优势,让台积电继续保持领先地位