3nm工藝
關注創建者：匿名 創建時間：2022-06-29
3nm工藝的實例教程
日前三星聯合Synopsys宣布3nm GAA工藝已經流片成功，這是全球首個GAA晶體管工藝流片，意義重大。
然而三星并沒有透露3nm GAA工藝何時量產，這是最關鍵的部分。日前有分析師援引高通高管之前的一個表態，認為2023年才會有3nm GAA工藝的芯片問世，但更現實的時間點是2024年，也是說要到3年后才能量產。
三星早在2019年公布3nm GAA工藝的PDK規范時就表示，預計3nm GAA工藝會在2020年底試產，2021年量產 —— 現在來看，三星太樂觀了，3nm GAA工藝跳票了三年時間。
往好的方面看，3nm工藝用上GAA晶體管技術之后，變化還是值得期待的，與5nm制造工藝相比，3nm GAA技術的邏輯面積效率提高了35%以上，功耗降低了50%，性能提高了約30%。
展開 臺積電進一步深化與Ansys的合作，為新一代應用提供高級電源完整性和電遷移簽核工具
主要亮點
Ansys RedHawk-SC通過臺積電3nm高級工藝技術認證
Ansys綜合全面的電源、熱和可靠性分析解決方案能幫助雙方客戶滿足在人工智能/機器學習（AI/ML）、5G、高性能計算（HPC）、網絡和自動駕駛汽車應用等領域創新的關鍵需求
Ansys憑借其先進的多物理場簽核解決方案成功通過臺積電最高級的3nm工藝技術認證。這有助于滿足雙方客戶在全球最大規模人工智能/機器學習（AI/ML）、5G、HPC、網絡和自動駕駛汽車芯片應用時對關鍵電源、熱和可靠性的要求。
實現3nm工藝技術的電源完整性和電遷移（EM）可靠性仍然是一項極具挑戰性的簽核難題。傳統的離散EM和壓降方法已經無法滿足3nm工藝的簽核要求，因為3nm工藝集成了數十億個晶體管，且在單個晶圓裸片上提供強大的功率和性能，這要求3nm工藝技術需要一個綜合全面的電源完整性、熱完整性和可靠性分析平臺，如Ansys提供的Ansys RedHawk-SC和Ansys? Totem?。
臺積電N3工藝對RedHawk-SC的認證包括電網提取、電源完整性和可靠性、信號EM、自加熱的熱可靠性分析、熱感知EM和統計EM預算。Redhawk-SC通過利用其底層Ansys? SeaScape? 基礎架構的彈性計算、大數據分析和高容量來分析龐大的3nm網絡設計。同樣，Totem也通過了晶體管級定制設計的認證。
臺積電設計基礎架構管理事業部高級總監Suk Lee表示：“我們對近期與Ansys合作的結果感到非常滿意。
展開 據國外媒體報道，5nm制程工藝量產已超過1年的臺積電，正在全力推進3nm工藝的量產事宜，他們的3nm工藝計劃在今年風險試產，明年下半年正式量產。
但外媒最新的報道顯示，臺積電3nm制程工藝的量產時間將推遲，最多推遲4個月。外媒在報道中還提到，臺積電方面也已經確認，他們這一制程工藝的量產時間將推遲。
“
在近幾個季度的財報分析師電話會議上，臺積電CEO魏哲家均透露他們的3nm工藝進展良好。如果量產時間推遲，臺積電的3nm制程工藝，可能就無法按計劃在明年下半年量產。
”
臺積電和三星電子目前均在推進3nm工藝的量產事宜，兩大芯片代工商對這一制程工藝都非常重視。今年6月底，就有外媒在報道中稱，三星電子寄予厚望的3nm芯片制程工藝，已經順利流片。
但從外媒的報道來看，三星電子的3nm工藝，也遇到了難題。研究機構預計采用全環繞柵極晶體管（GAA）技術的三星3nm制程工藝，不太可能在2023年之前量產。產業鏈方面的人士也透露，采用全環繞柵極晶體管（GAA）技術的三星3nm制程工藝，在研發方面仍有挑戰，還有關鍵技術問題尚未解決。
展開 值得一提的是，4LPE這一代工藝演進多出了4LPP。三星表示4LPP相比4LPE會實現5%的性能提升和10%的功耗降低;并宣稱是“GAA之前，實現最佳PPA的第5代EUV節點”。
臺積電N4工藝原則上還是屬于N5工藝的同代演進，和N5、N5P、N5HPC都屬于一個家族，也是以更好的PPA實現與N5設計規則的兼容和設計的平滑遷移。
有關臺積電N4的公開信息也不多，通過BOEL的加強實現功耗、性能表現的加強;并藉由所謂的optical shrink來實現6%的die尺寸縮減——這個表達其實也挺模糊的;使用和N5一樣的設計規則、設計基礎設施、SPICE仿真程序以及IP。
N4也會用到更多的EUV層，減少所需的mask掩膜數量、工藝步驟和成本。N4雖然不是什么大版本迭代，但據說對臺積電而言也會是未來主流SoC的重要制造工藝。臺積電計劃N4在第三季度實現風險生產，達成HVM會在今年末或明年初。
通往未來的3nm
3nm不是本文要談的重點，不過就像之前說的，3nm對于三星而言是個躍進的重點。因為三星在3nm節點上就要開始用GAA晶體管結構了，就像當年7LPP早于N7開始用EUV一樣。三星實際要在3nm上應用的是名為MBCFET的納米片方案。
三星此前宣稱明年其3nm工藝就能進入大規模量產，不過另外三星還在IEDM上更新了一組數字，即其3nm工藝實現了相比7nm工藝10-15%的速度提升和25-30%的功耗降低。注意對比的是7nm工藝。以這個數字來推算，可能最早的3nm GAA在表現上并不會太出色——迭代工藝弱于上代+++工藝原本是Intel的傳統。
展開 據國外媒體報道，在7nm和5nm制程工藝的量產時間上基本能跟上臺積電節奏的三星電子，在更先進的3nm制程工藝上有望先于臺積電量產，有報道稱他們正推進在二季度量產。
三星電子在二季度的展望中提到，他們的技術領先將通過首個大規模量產的全環繞柵極晶體管3nm工藝進一步加強，他們也將擴大供應，確保獲得全球客戶新的訂單，包括美國和歐洲客戶的訂單。
外媒的報道顯示，三星電子方面已經宣布，他們早期3nm級柵極全能（3GAE）工藝將在二季度量產。三星電子宣布的這一消息，也就意味著業界首個3nm制程工藝即將量產，將是首個采用全環繞柵極晶體管（GAA）的制程工藝。
三星通過世界上首次大規模的GAA 3nm工藝，加強其技術領導地位。三星代工的3GAE工藝技術是該公司第一個使用GAA晶體管的工藝，三星官方稱之為多橋通道場效應晶體管（MBCFETs）。
三星大約在三年前正式推出了其3GAE和3GAP節點。當該公司描述其使用3GAE技術生產256Mb GAAFET SRAM芯片時，它提出了一系列的要求。三星表示，該工藝將使性能提高30%，功耗降低50%，晶體管密度提高80%。不過，對三星來說，性能和功耗的實際組合將如何發揮，還有待觀察。
從理論上講，與目前使用的FinFET相比，GAAFET有許多優勢。在GAA晶體管中，通道是水平的，被柵極所包圍。
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雙方協作實現面向臺積電先進節點技術的工作流程，加速AI、高速數據通信和先進計算發展
Ansys HFSS-IC Pro已通過臺積電認證，可對其先進的5nm和3nm工藝技術進行芯片級分析。此次合作使客戶能夠滿足包括AI、HPC、5G/6G通信和汽車電子產品等復雜應用的需求。
配圖2：Threadripper工作站解決方案示意圖
而即將亮相大會的EPYC 9005系列（Zen 5/5c架構）憑借其驚人的優勢將成為焦點：
制程突破：臺積電3nm/4nm工藝實現單路最高192核384線程；
場景優勢：針對CFD/FEA等高并發場景，通過大緩存設計顯著提升仿真效率；
能效革新：相同負載下功耗顯著降低，助力企業可持續發展目標。
Ansys RedHawk - SC 是下一代 SoC 電源噪聲簽核平臺，是Ansys RedHawk的升級發展；是數字 IP 和 SoC 電源噪聲和可靠性簽核的行業領導者，適用于低至 3nm 的工藝。
目前，主流的FPGA廠商如賽靈思（Xilinx）和英特爾（Intel）已經推出了基于7nm和10nm工藝的FPGA產品，未來還有望進入5nm甚至3nm工藝。
第二，系統級集成的需求：隨著應用領域的不斷拓展，FPGA需要與其他類型的芯片進行系統級集成，以提供更強大和更靈活的功能。
比較
作為讀者，您可能會有一個問題，即此工藝與三星的 3nm 工藝相比如何。臺積電仍在使用 FinFET，而三星已過渡到 GAA——他們稱之為多橋 HNS。
根據我們的計算，在 5nm 節點，臺積電最密集的邏輯單元是三星最密集邏輯單元密度的 1.30 倍。
就在本月，先后發布的聯發科天璣9200和高通驍龍8 Gen2兩款旗艦處理器，采用的都是臺積電4nm工藝，但卻并沒有使用3nm工藝。從本質上來說，臺積電4nm工藝其實是基于2020年的5nm工藝節點的改名而已，這一幕其實在臺積電的6nm工藝時就發生過，6nm本質上也是7nm工藝節點的改進。
這種“換湯不換藥”式的改名，意味著晶體管微縮技術發展的放緩。
特別是三星電子在3nm工藝量產后，為了量產2nm工藝，也有必要主動確保High NA EUV設備。據推測，現有的EUV設備價格為2000億至3000億韓元（約10~15億人民幣），而High NA EUV設備價格高達5000億韓元（約25億人民幣）。
根據ASML在當天發布的第三季度經營業績，公司實現凈銷售額58億歐元，毛利率為51.8%，當期凈利潤為17億歐元。
而除了5nm工藝，臺積電3nm制程工藝的工廠，也建在臺南科學園區內。
2020年初，三星開始其新建的V1晶圓工廠的大規模生產，成為業內首批完全使用6LPP和7LPP制造工藝的純EUV生產線。而該工廠也是三星3nm制程的主陣地。
三星3nm制程研發規劃分為兩個階段：第一代的3nm GAE(GAA-Early)與第二代3nm GAP(GAA-Plus)。
業界人士指出預計到明年下半年臺積電的3nm工藝可能都只有蘋果一家客戶，這是因為蘋果利潤豐厚可以承受昂貴的芯片代工成本，而其他芯片企業則沒有如此底氣。
因此，為了彌補高端芯片業績下降，臺積電也正拓展低端芯片的需求，而該公司也正在建設新工廠。臺積電副總裁YL Wang表示，其中包括將于第四季度開始生產的中國新28納米工廠。
未來3nm以下的先進工藝，你們的客戶不會有一家來自中國大陸。你們的客戶主要在美國。因此，到美國建廠，才是你們最佳的選擇。
看明白了吧，美國名義上禁的是EDA，實際上禁的是臺積電，三星的中國大陸客戶。禁令將臺積電，三星與他們的大陸客戶隔離開來。
8月，正是美國主導的四方聯盟的最后期限。
美國商務部的這個禁令，對我們暫時沒什么影響，因為原本就是給臺灣，韓國看的。
