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。

两百年前，作为法拉第效应的诞生地，欧洲掀起了对半导体领域的狂热研究和实践。很长一段时间内，欧洲是半导体最发达的地区之一，西门子、飞利浦赫赫有名。

然而，两百年后，半导体世界风云变幻，鬼才频出。小到移动终端，大到数据中心，半导体材料，晶圆代工，市场越做越大，而以稳健著称的欧洲半导体企业却依旧停留在自己的原赛道上，稳健有余，亮点不足。

以大名鼎鼎的欧洲半导体三巨头：意法半导体、英飞凌和恩智浦为例，他们都专注于 汽车 电子产业（三家的 汽车 业务最多的超过了50%，最低的也高于40%）而错过了存储器、晶圆代工、智能手机芯片等高速发展的热门领域。这也是欧洲半导体行业的“特色”所在。 一方面，研究领域单一，另一方面又没有新的企业入局和迭代，这使得欧洲半导体的“格局”越来越小。

再看看几位“后来者”：

日韩 上世纪末集全国之力冲击存储器、手机芯片、半导体材料等领域，曾一段时间半路超车打破欧美的垄断局面，拿下不少的市场蛋糕，冲出了三星、东芝、SK海力士等如今响当当的名声。

中国台湾 台积电芯片代工世界第一，2019年市占率超50%，在先进制程代工、5G手机芯片领域无人能敌，而今年，由于疫情、中美贸易战等影响，包括台积电在内的台湾芯片代工业也必将产能爆满，营收翻番。

中国大陆 由于对半导体需求巨大，政策利好不断，虽仍存技术壁垒，但整体情形向好，半导体市场活力十足。

美国 早期借助贝尔实验室等扎实的科研力量在与欧洲的半导体理论较量上远胜一筹，后期更是成为半导体企业的千亿俱乐部，除了拥有英特尔、英伟达、高通、IBM、德州仪器、博通等市值超千亿的芯片企业，在IP领域也占据半壁江山，成为真正的芯片霸主。

然而，强悍如欧洲自然也不会坐以待毙。 昨天，欧盟委员会就发布了一项“2030年数位罗盘”规划 ， 计划“到2030年，欧洲先进和可持续半导体的生产总值至少占全球生产总值的20%，生产能力冲刺2nm，能效达到今天的10倍。”

尽管如此，还是让人捏把汗。事实上，从上世纪八十年代起，欧洲曾发表过多项战略计划：ESPRIT（欧洲信息、技术研究发展战略计划）、RACE（欧洲先进通信技术研究开发计划）、JESSI（欧洲联合亚微米硅计划）等，自主可控也一直是众多计划所倡导的主旋律。

但在四十年后的今天，欧洲半导体市场却并未展现实现计划中所期待的半导体振兴。

据前瞻产业研究院数据，欧洲近年的全球市场份额都维持在10%左右（全球总量约为4400亿美元，欧洲约为440亿左右），甚至不及其GDP在全球16%的占比。

究其原因，

一方面欧洲是多国联动，受政治经济等因素影响，“执行力”差在所难免。

此外，欧洲三巨头一直以来在市场份额和营收排名中，其实表现很优异。抛开大环境不管，“幸福感”还是很强的。

不久前，欧盟已经讨论了建立一个新的代工厂的可能性，或者改造现有的代工厂，作为提高欧洲半导体产量计划的一部分。但是建立尖端制造工厂又何尝是一件容易事？

美国半导体产业协会(SIA)去年的一份报告显示，一家大型工厂的建设和组装成本可能高达200亿美元。此外，这些工厂可能需要很多年才能盈利。

近几代芯片的成本也一直在上升。正如英特尔所发现的那样，掌握制造最小晶体管所需的最新技术工艺是一项巨大的挑战。最近，苹果和台积电在敲定3nm第一单后，正联合推进2nm工艺，很可能在中国台湾的新竹县宝山乡作为试验和开发基地。如果一切顺利，将会在2023年试产。不过，即使台积电和苹果这两大业界巨头合作进行研发，2nm工艺的开发仍然有很大的难度。

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