三星芯片業務迎“逆風翻盤”？

近日，有消息稱臺積電3納米良率僅55%，因此臺積電將不會按照標準晶圓價格向蘋果收費，蘋果僅向臺積電支付可用芯片的費用。

與此同時，作為“千年老二”的三星卻在先進制程方面頻頻傳來好消息。有消息稱，三星4nm良率水平追平臺積電，3nm良率提至60%以上。

此前還傳出消息，高通驍龍8系列處理器極有可能再次采用三星代工，甚至三星4nm工藝已經獲得AMD的訂單。

一直以來總是陷入良率“滑鐵盧”的三星，將迎來“逆風翻盤”的機會？

來之不易的光刻膠

據悉，從2019年起，三星便被市場規模不足半導體整體規模1%的光刻膠扼住了“喉嚨”，也成為了其良率出現問題的關鍵原因。

中國科學院微電子所副所長曹立強向《中國電子報》記者表示，光刻膠是芯片光刻所采用的關鍵材料之一，雖然光刻膠最后并不會留在芯片內部，但是光刻膠的純度會影響圖形的解析度，繼而影響器件性能。因此，光刻膠的質量、純度，成為了決定芯片良率的關鍵。

據了解，2019年時，韓國有80%的光刻膠從日本進口，依賴度非常高。業內專家曾向《中國電子報》記者表示，之所以三星對日本光刻膠十分依賴，是因為10nm以下制程的芯片，基本上只能采用日本的光刻膠。然而，2019年7月，日本政府宣布對出口韓國的半導體工業材料加強審查和管控，并將韓國排除在貿易“白色清單”以外，而光刻膠也在這次管控的名單之列，無疑是給了三星“沉重一擊”。業內知情人士曾向《中國電子報》記者披露，三星第一代3nm工藝制程良率僅有10%～20%左右，就是由于三星受到日本光刻膠出口限制，導致所用的光刻膠材料純度不夠，造成芯片良率極低。

也因此，從2020年量產5nm起，三星頻頻被爆良率低于50%，甚至4nm良率被爆僅為35%，使得此前搭載三星4nm工藝的高通驍龍8 Gen 1也中途換成了臺積電4nm工藝。甚至搶先臺積電量產的三星3nm工藝制程，起初良率也僅僅只有10%～20%。

然而，此前頻頻陷入良率困境的三星，卻在近期傳來了積極進展。消息稱，三星4nm、3nm工藝節點的芯片生產良率分別提高到75%和60%以上。業內多位專家猜測，這或許與三星重新采用日本光刻膠有密切的關系。

今年3月，日本政府決定解除限制向韓出口包含光刻膠在內的三種關鍵半導體材料的措施，將韓日出口貿易恢復至2019年7月之前的狀態，三星芯片良率不斷提升的喜訊也隨之而來。

GAA工藝日漸成熟

三星在先進制程方面向來是“當仁不讓”的態度，對于新技術的采用也十分大膽。三星不僅在7nm的工藝中，先臺積電一步采用EUV光刻技術，也是業內第一家切入GAA工藝的芯片廠商。而GAA工藝技術的日漸成熟，也成為三星良率提升的關鍵。

北京超弦存儲器研究院執行副院長、北京航空航天大學兼職博導趙超認為，短溝道效應是造成先進工藝出現功耗問題進而導致良率低的主要原因之一，也成為先進制程發展中最大的阻礙。而短溝道效應的產生與芯片所采用的FinFET本身的結構有關。FinFET所采用的是三面柵的結構，并非四面環繞式的結構，其中一個方向沒有柵極的包裹。隨著芯片制程的不斷減小，FinFET三面柵的結構對于漏電的控制能力也在逐漸減弱，造成芯片出現功耗問題。

也因此，GAA架構被視為FinFET架構最有效的替代方式之一。復旦大學微電子學院副院長周鵬表示，相較于三面圍柵的FinFET結構，GAA技術的四面環柵結構可以更好地抑制漏電流的形成，并增大驅動電流，進而更有利于實現性能和功耗的平衡。因此，GAA技術在5nm以下制程中，更受到業界的認可和青睞。

GAA架構能夠在更低的電壓下正常工作（來源：三星官網）

芯謀研究研究總監宋長庚告訴《中國電子報》記者，先前，三星在存儲器方面已經用到了GAA的晶體管，可以看出三星在GAA技術方面已經積累了一定的經驗。

在3nm制程中，三星率先采用GAA工藝架構。第一個吃螃蟹的人，不一定能吃到螃蟹黃。采用新技術，也意味著要面臨新的風險。Gartner研究副總裁盛陵海表示，在引入GAA架構之后，在很多技術方面需要進行重新考量，需要花費更多成本來進行研發，這也容易造成芯片成本更高，性能也不一定比采用FinFET工藝結構的芯片更佳。因此，三星第一批采用GAA結構打造的3nm芯片，并沒有如愿實現高良率。

然而，先人一步采用新技術，也意味著比競爭對手有更多的技術磨合經驗。三星在GAA應用于先進制程方面，擁有率先量產、率先磨合的先發優勢。因此，隨著時間的推移，三星搭載GAA工藝芯片的良率也在不斷提升。三星半導體業務總裁Kyung Kye-hyun曾公開表示，目前，客戶對三星的GAA晶體管技術很滿意，甚至搭載GAA工藝的2nm芯片的性能將超越臺積電，成為客戶的首選。

可見，隨著三星GAA工藝的日漸成熟，三星的信心也在不斷增加。GAA工藝也幫助三星有效降低了短溝道效應帶來的功耗問題，良率也開始逐步提升。

誰是贏家市場說了算

如今，一路高歌的三星，對未來可謂是信心滿滿，甚至對即將量產的2nm制程也充滿了信心，并將其視為超越臺積電的關鍵制程。那么，三星是否真的迎來了“逆風翻盤”的機會？事實上，一切都還是未知。

業內專家莫大康曾向《中國電子報》記者強調，臺積電、三星、英特爾這三家先進制程玩家都具備充足的資金儲備以及研發能力，也均有實力繼續沿著摩爾定律量產更先進制程的芯片。三大家最主要的差距，在于能否得到市場的青睞。目前來看，臺積電的客戶粘性最強，這對于三星和英特爾而言，是未來面臨的巨大挑戰之一。

數據來源：臺積電、三星、英特爾年報

同時，AMD CEO蘇姿豐近日在媒體采訪中，被問到是否將在3nm采用三星代工的產品時，蘇姿豐反問：“你相信韓國媒體嗎？”可見，未來AMD是否與三星合作，還未可知。此外，也有多家媒體爆料稱，如今三星3nm先進工藝制程的客戶，只有用量相對較小的礦機芯片買家。

然而，這并不意味著三星沒有機會。受聊天機器人ChatGPT需求推動，以GPU為主的AI芯片需求激增，甚至一度供不應求，而AI芯片多為先進制程，這也為用戶量相對較少的三星、英特爾提供了更多客戶資源的可能。因此，不僅僅是三星，三大家均有機會在算力爆發的當下分一杯羹。

俗話說，是騾子是馬拉出來練練。三大家成敗的最終評判權在用戶手中。在算力需求爆發的當下，究竟誰的芯片更獲得青睞，還有待市場給出答案。