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今天上午，三星电子官宣，已开始量产基于GAA晶体管（Gate-All-Around FET，全环绕栅极）结构的3nm芯片。
▲三星代工业务和半导体研发中心的领导者举起三根手指作为3nm的象征，庆祝该公司首次生产采用GAA架构的3nm工艺（图片来源：三星电子）
与5nm制程相比，3nm制程降低了45%的功耗，提升了23%的性能，并减小了16%的面积。三星电子正在位于首尔南部华城市的晶圆厂生产3nm芯片。
这是全球首次采用GAA晶体管结构的芯片，标志着芯片制造进入了新的时代。三星电子称，其GAA晶体管芯片将应用于高性能、低功耗计算领域，并计划扩展到移动处理器。
据外媒报道，一家中国矿机芯片公司将成为三星电子3nm制程的首位客户，高通也预定了三星电子的3nm制程。
01.晶体管结构进入GAA时代第二代3nm制程性能参数宣布
三星电子称，其3nm制程正在使用MBCFET（Multi-Bridge-Channel，多桥通道晶体管）技术，这是基于GAA晶体管结构的一种技术。该技术通过降低供应电源水平，提升了芯片电流和功率，首次突破了FinFET晶体管（Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管）的性能限制。
相比于GAA技术的纳米线和纳米片通道，三星电子采用的MBCFET技术具有更宽的通道，具备更高的性能和更好的能效表现。
▲三星电子晶体管结构路线图（图片来源：三星电子）
三星电子的3nm制程将能够调整通道宽度，以适应更多客户的需要。三星电子还强调，其GAA技术的设计优势来自于DTCO（设计技术协同优化），这能够帮助提升芯片的PPA（性能、功率、面积）。
和5nm制程相比，三星电子的第一代3nm制程能够降低45%的功耗，提升了23%的性能，并减小16%的面积。而第二代3nm制程将有进一步的优化，将降低50%的功耗，提升30%的性能，降低35%的面积。
此外，三星电子还提到，自2021年第三季度开始，其和Ansys、Cadence、Siemens、Synopsys等SAFE（Samsung Advanced Foundry Ecosystem）合作伙伴一起提供了经过验证的设计基础，这帮助三星电子的客户在短时间内完善了它们的产品。
三星电子总裁兼代工业务负责人Siyoung Choi称：“我们将继续在具有竞争力的技术开发中积极创新，并建立有助于加速技术成熟的流程。”
据日经亚洲报道，三星电子正在位于韩国首尔南部的华城市生产3nm芯片。
▲三星电子副总裁Michael Jeong（左一）、企业执行副总裁Ja-Hum Ku（左二）、三星代工业务公司副总裁Sang Bom Kang（左三）正在三星电子华城园区的生产线上举起3nm晶圆（图片来源：三星电子）
02.三星3nm首个客户或为中国公司台积电下半年量产3nm
据外媒报道，三星电子3nm制程的首个客户是中国挖矿芯片公司，也有消息称三星电子已收到高通的预定订单，高通将随时能够采用其3nm工艺。
本月初，三星电子副会长李在镕访问欧洲，拜访了包括IMEC（比利时微电子研究中心）和荷兰光刻机公司ASML在内的重要供应链机构和公司。
当前，三星电子正在美国德克萨斯州泰勒市投资170亿美元，建设新的先进制程晶圆厂。该工厂计划于2024年下半年投产，占地超过500万平方米。三星电子将该晶圆厂和其位于韩国平泽市的晶圆厂并列，将两处的晶圆厂视作其未来全球半导体制造的关键。
除了三星电子，台积电也计划在今年下半年量产3nm制程（N3工艺）。
不过相比于三星电子的3nm制程，台积电的N3工艺仍将采用FinFET晶体管结构。此外，台积电还宣布，将在2025年前量产2nm芯片。
据悉，台积电3nm的首批客户将包括英特尔、苹果两大科技巨头。
03.结语：三星率先开启GAA晶体管时代先进制程之战进入白热化
随着先进制程不断演进，先进制程芯片制造的难度不断增大，这也为三星电子带来了不少挑战。此前，三星电子7nm和5nm制程产品均出现良率和功耗问题，使高通等头部客户转投台积电。近几个月来，三星电子的良率情况曝光和代工业务高管人事调整不断。
但本次三星电子能够如期完成3nm制程的量产，或有助于恢复下游客户的信心。其基于GAA晶体管的3nm制程也正式开启了新的晶体管时代。未来，台积电、三星、英特尔等先进制程玩家的竞争仍将继续，这场逼近物理极限的战争“硝烟”正浓。
作者 | 高歌
编辑 | Panken
