三星芯片業務迎“逆風翻盤”？

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近日，有消息稱台積電 3 納米良率僅 55%，因此台積電将不會按照标準晶圓價格向蘋果收費，蘋果僅向台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 良率水平追平台積電，3nm 良率提至 60% 以上。

此前還傳出消息，高通骁龍 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，将迎來 " 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，雖然光刻膠最後并不會留在芯片内部，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。業内專家曾向《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，并将韓國排除在貿易 " 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 "。業内知情人士曾向《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 工藝的高通骁龍 8 Gen 1 也中途換成了台積電 4nm 工藝。甚至搶先台積電量產的三星 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别提高到 75% 和 60% 以上。業内多位專家猜測，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内的三種關鍵半導體材料的措施，将韓日出口貿易恢復至 2019 年 7 月之前的狀态，三星芯片良率不斷提升的喜訊也随之而來。

GAA 工藝日漸成熟

三星在先進制程方面向來是 " 當仁不讓 " 的态度，對于新技術的采用也十分大膽。三星不僅在 7nm 的工藝中，先台積電一步采用 EUV 光刻技術，也是業内第一家切入 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 所采用的是三面栅的結構，并非四面環繞式的結構，其中一個方向沒有栅極的包裹。随着芯片制程的不斷減小，FinFET 三面栅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，相較于三面圍栅的 FinFET 結構，GAA 技術的四面環栅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睐。

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，也意味着要面臨新的風險。Gartner 研究副總裁盛陵海表示，在引入 GAA 架構之後，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，并沒有如願實現高良率。

然而，先人一步采用新技術，也意味着比競争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，随着時間的推移，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，客户對三星的 GAA 晶體管技術很滿意，甚至搭載 GAA 工藝的 2nm 芯片的性能将超越台積電，成為客户的首選。

可見，随着三星 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。

誰是赢家市場説了算

如今，一路高歌的三星，對未來可謂是信心滿滿，甚至對即将量產的 2nm 制程也充滿了信心，并将其視為超越台積電的關鍵制程。那麼，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。

業内專家莫大康曾向《中國電子報》記者強調，台積電、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，也均有實力繼續沿着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睐。目前來看，台積電的客户粘性最強，這對于三星和英特爾而言，是未來面臨的巨大挑戰之一。