三星半导体：GAA FET与EUV是半导体领域下一代重要突破

日前，三星半导体博客刊发了一篇TECHnalysis Research公司总裁兼首席分析师Bob O'Donnell的文章，他提出了他对于过渡到全新Gate-All-Around晶体管结构的看法。通过重新思考和重新构建基本的晶体管设计，Bob认为技术行业可以期待几代工艺技术的改进，同时减少半导体尺寸和功率要求，以及提高半导体性能。

任何关注半导体行业的人都知道芯片性能提升的速度开始放缓。与此同时，工艺公司已经讨论了他们减少制造芯片尺寸时面临的一些挑战。虽然通常与摩尔定律的继续发展有关，但更多是伴随着半导体工艺节点尺寸的减小，影响性能的因素会持续增加。

就在几个月前，三星半导体的代工业务宣布了晶体管设计方面的一项重大新进展，称为Gate-All-Around（GAA），它有望在未来几年保持晶体管级半导体的发展。从根本上说，GAA提供了对基本晶体管设计的重新思考和重新架构，其中晶体管内部的硅通道完全被栅极材料包围，而不是像三极一样被栅极材料覆盖，就像FinFET设计一样，这种设计可以增加晶体管密度，同时增加沟道的缩放潜力。

整个 科技 行业都在期待着半导体工艺的改进，这些进步将继续降低半导体尺寸和功率，并提高半导体性能。GAA与极紫外光（EUV）光刻技术一起被认为是半导体制造领域下一个主要技术进步，这为芯片行业提供了从7nm到5nm到3nm工艺节点的清晰路径。

从技术上讲，由于GAA FET技术降低了电压，这也为半导体代工业务提供了一种超越FinFET设计的方法。随着晶体管不断缩小，电压调节已被证明是最难克服的挑战之一，但GAA采用的新设计方法减少了这个问题。 GAA晶体管的一个关键优势是能够降低电压缩放造成的功耗，同时还能提高性能。这些改进的具体时间表可能不会像行业过去那么快，但至少关于它们是否会到来的不确定性现在可能会逐渐改观。对于芯片和器件制造商而言，这些技术进步为半导体制造业的未来提供了更清晰的视角，并且应该让他们有信心推进积极的长期产品计划。

GAA的时机也是 科技 行业的偶然因素。直到最近，半导体行业的大多数进步都集中在单个芯片或单片SOC（片上系统）设计上，这些设计都基于单个工艺节点尺寸构建的硅芯片。当然，GAA将为这些类型的半导体提供重要的好处。此外，随着新的“小芯片”SOC设计的势头增加，这些设计结合了几个可以在不同工艺节点上构建的较小芯片组件，很容易被误解为晶体管级增强不会带来太多的价值。实际上，有些人可能会争辩说，随着单片SOC被分解成更小的部分，对较小的制造工艺节点的需求就会减少。然而，事实是更复杂，更细微。为了使基于芯片组的设计真正成功，业界需要改进某些芯片组件的工艺技术，并改进封装和互连，以将这些元件和所有其他芯片组件连接在一起。

重要的是要记住，最先进的小芯片组件正变得越来越复杂。这些新设计要求3mm GAA制造所能提供的晶体管密度。例如，特定的AI加速，以及日益复杂的CPU，GPU，FPGA架构需要他们能够集中处理的所有处理能力。因此，虽然我们会继续看到某些半导体元件停止在工艺节点的路线图中，并以更大的工艺尺寸稳定下来，但对关键部件的持续工艺缩减的需求仍然有增无减。

科技 行业对半导体性能改进的依赖已经变得如此重要，以至于工艺技术的潜在放缓引起了相当多的关注，甚至对可能对整个 科技 世界产生的影响产生负面影响。虽然GAA所带来的进步甚至没有使该行业完全解决了挑战，但它们足以提供行业所需的发展空间以保持其继续前进。

据businesskorea报道，代工咨询公司IBS 5月15日宣布，三星电子在 GAA技术方面领先台积电(TSMC)一年，领先英特尔(Intel)两到三年。GAA技术是下一代非存储半导体制造技术，被视为代工行业的突破者。

三星已被评估在FinFET工艺方面领先于全球最大的代工企业台积电。FinFET工艺目前是主流的非存储半导体制造工艺。

这意味着三星在当前和下一代代工技术上都领先于竞争对手。

三星于当地时间5月14日在美国Santa Clara举行的2019年三星代工论坛上宣布，将于明年完成GAA工艺开发，并于2021年开始批量生产。

韩国半导体的快速发展是按照循序渐进的方式，引进、合作、自主融合。内部技术与外部技术的整合，是韩国半导体能迅速崛起的一个捷径选择。

现在韩国半导体可谓是辉煌无比，可这辉煌背后又隐藏着什么？

生存现状

如今，韩国共有400多家半导体及相关产品制造企业，主要分为元件、设计、设备、材料四类。

大部分中小企业群由设备及材料企业组成，大约总数在100家左右，他们将生产设备或材料销售给元件企业，并与元件企业合作进行产品的开发。余下300多家主要是部件制造企业，生产相关产品。

构成不平称，存储为主导

韩国半导体产业已形成垄断局势，市场集中度极高，产业的产品构成非常不平衡。

世界半导体市场以非存储型为主，存储型和非存储型半导体的比重为35∶65。韩国半导体市场却是以存储型为主，存储型占到80%以上的比例；非存储型半导体占比，低国产化率也很低只有20%左右，其余80%依靠进口。

存储

三星和SK海力士各居存储器市场第一、二名，营收每年大幅成长。在DRAM、NAND Flash价格下跌的情况下，三星和SK海力士营收仍然维持成长。两企业的营收从2013年459亿美元、2014年541亿美元一路上扬，2015年更是突破600亿美元。

这样难免让人感觉韩国半导体是欣欣向荣，然而，特定少数企业占整体营收90%以上比重是一种很不健康的表现。

试想，若韩国存储行业被别国抢了风头，那韩国的半导体必将颓废下去。不免回想一下日本的发展，成于DRAM败于DRAM，我们可以从上两期《芯片世界地图——日本》清晰的看到这一点。

随着韩国在存储方面的异军突起，日本半导体在DRAM方面倒下了，所以曾经的霸主地位也易主韩国。而韩国存储业面临的最大的威胁就是中国，它指望在存储领域打造其领先位置，现在北京、武汉、晋江等多地开始斥巨资布局存储器芯片研发生产领域。大陆清华紫光集团也间接购并美国NAND Flash业者新帝（SanDisk），致力于进军三星主导的固态硬盘（SSD）市场。

下面看看三星和SK海力士的产品和应用领域。

三星电子（Samsung）

三星电子的半导体生产额位居世界第二位，内存生产额位居世界第一位，是领导全球的综合半导体企业。在内存， 系统半导体领域，三星拥有世界最顶级的生产设备，并在设计、制造、Foundry等各种半导体生产价值链拓展事业。

主营：DRAM、FLASH、eMMC、MCP、ARM CPU、显示驱动IC、CMOS 图像传感器等

半导体存储器分为随机读写存储器和只读存储器。

半导体存储器的分类从制造工艺的角度可把半导体存储器分为双极型、CMOS型、HMOS型等；从应用角度上可将其分为两大类：随机读写存储器（RAM），又称随机存取存储器；只读存储器（ROM）。

1、只读存储器（ROM）

只读存储器在使用过程中，只能读出存储的信息而不能用通常的方法将信息写入的存储器，其中又可以分为以下几种。

掩膜ROM，利用掩膜工艺制造，一旦做好，不能更改，因此只适合于存储成熟的固定程序和数据。工厂大量生产时，成本很低。

可编程ROM，简称PROM，由厂商生产出的空白存储器，根据用户需要，利用特殊方法写入程序和数据，但是只能写一次，写入后信息固定的，不能更改。

光擦除PROM，简称EPROM，这种存储器编写后，如果需要擦除可用紫外线灯制造的擦除器照射20分钟左右，使存储器复原用户可再编程。

电擦除PROM，简称EEPROM，顾名思义可以通过电来进行擦除，这种存储器的特点是能以字节为单位擦除和改写，而且不需要把芯片拔下插入编程器编程，在用户系统即可进行。

Flash Memory，简称闪存。它是非易失性存储器，在电源关闭后仍能保持片内信息，与EEPROM相比，闪存存储器具有成本低密度大的优点。

2、随机读写存储器（RAM）

分为两类：双极型和MOS型两种。双极型RAM，其特点是存取速度快，采用晶体管触发器作为基本存储电路，管子较多，功耗大，成本高，主要用于高速缓存存储器（Cache）MOS RAM，其特点是功耗低，密度大，故大多采用这种存储器。

SRAM：存储原理是用双稳态触发器来做存储电路，状态稳定，只要不掉电，信息就不会丢失，优点是不用刷新，缺点是集成度低。DRAM：存储原理是用电容器来做存储电路，优点是电路简单，集成度高，缺点是由于电容会漏电需要不停地刷新。

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