Nếu Samsung tuyên bố vào giữa năm 2019 rằng họ sẽ ra mắt công nghệ "bao quanh (GAA)" vào năm 2021 để thay thế công nghệ bóng bán dẫn FinFET, FinFET vẫn có thể bình tĩnh; cho đến ngày nay, Intel đã tuyên bố rằng quy trình 5nm của họ sẽ từ bỏ FinFET và chuyển sang GAA, đã có dấu hiệu bước sang tuổi. Ba người khổng lồ đúc lớn đã chọn GAA. Mặc dù đường dây mạch của TSMC và là nhà lãnh đạo của xưởng đúc là không di chuyển, nhưng dường như không có sự hồi hộp. FinFET có thực sự ở cuối lịch sử?
Vinh quang của FinFET
Rốt cuộc, khi FinFET ra mắt như một "vị cứu tinh", nó đã mang theo "sứ mệnh" quan trọng của Định luật Moore để tiếp tục tiến lên.
Với việc nâng cấp công nghệ xử lý, việc sản xuất bóng bán dẫn trở nên khó khăn hơn. Mạch lật tích hợp đầu tiên vào năm 1958 được chế tạo chỉ với hai bóng bán dẫn và ngày nay, con chip này đã chứa hơn 1 tỷ bóng bán dẫn. Động lực này đến từ sự tiến bộ liên tục của quy trình sản xuất silicon phẳng dưới sự chỉ huy của Định luật Moore.
Khi chiều dài cổng đạt đến mốc 20nm, khả năng kiểm soát dòng điện giảm mạnh và tốc độ rò rỉ tăng theo. Cấu trúc MOSFE phẳng truyền thống dường như ở "điểm cuối". Giáo sư Zhengming Hu từ ngành công nghiệp đã đề xuất hai giải pháp: một là bóng bán dẫn FinFET có cấu trúc ba chiều, và thứ hai là công nghệ bóng bán dẫn FD-SOI dựa trên công nghệ cách điện silicon siêu mỏng SOI.
FinFET và FD-SOI cho phép Định luật Moore tiếp tục huyền thoại, nhưng cả hai đã có những con đường khác nhau sau đó. Quá trình FinFET đứng đầu danh sách đầu tiên. Intel lần đầu tiên giới thiệu công nghệ xử lý FinFET thương mại vào năm 2011, giúp cải thiện đáng kể hiệu năng và giảm mức tiêu thụ điện năng. TSMC cũng đạt được thành công lớn với công nghệ FinFET. Sau đó, FinFE đã trở thành một dòng chính toàn cầu. Sự lựa chọn "Fuji" của Yuanchang.
Ngược lại, quy trình FD-SOI dường như đang sống trong cái bóng của FinFET. Mặc dù tốc độ rò rỉ quá trình của nó thấp và tiêu thụ năng lượng của nó có lợi thế, các chip được sản xuất có ứng dụng trong Internet of Things, ô tô, cơ sở hạ tầng mạng, người tiêu dùng và các lĩnh vực khác, cộng với sức mạnh của những người khổng lồ như Samsung, GF, IBM, ST, vv Đẩy đã mở ra một thế giới trên thị trường. Tuy nhiên, các cựu chiến binh trong ngành chỉ ra rằng do chi phí cơ chất cao, khó có thể làm cho kích thước nhỏ hơn khi nó di chuyển lên trên và mức cao nhất lên tới 12nm, rất khó để tiếp tục trong tương lai.
Mặc dù FinFET đã dẫn đầu trong cuộc thi "hai lựa chọn", với ứng dụng Internet of Things, trí tuệ nhân tạo và lái xe thông minh, nó đã mang đến những thách thức mới cho các IC, đặc biệt là chi phí sản xuất và R & D của FinFET ngày càng cao hơn 5nm vẫn có thể đạt được tiến bộ lớn, nhưng dòng chảy của lịch sử quá trình dường như được định sẵn để "quay đầu" lại.
Tại sao GAA?
Với việc Samsung dẫn đầu và theo sát Intel, GAA đột nhiên trở thành người mới bắt đầu tiếp quản FinFET.
Sự khác biệt so với FinFET là có các cổng xung quanh bốn phía của kênh thiết kế GAA, giúp giảm điện áp rò rỉ và cải thiện khả năng kiểm soát kênh. Đây là một bước cơ bản khi giảm các nút quá trình. Bằng cách sử dụng các thiết kế bóng bán dẫn hiệu quả hơn, kết hợp với các nút nhỏ hơn, tiêu thụ năng lượng tốt hơn có thể đạt được.
Người cao niên cũng đề cập rằng động năng của các nút quá trình là để cải thiện hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng. Khi nút quá trình được nâng lên 3nm, nền kinh tế FinFET không còn khả thi và sẽ chuyển sang GAA.
Samsung lạc quan rằng công nghệ GAA có thể cải thiện hiệu suất 35%, giảm 50% mức tiêu thụ điện năng và diện tích chip giảm 45% so với quy trình 7nm. Được biết, lô chip điện thoại thông minh Samsung 3nm đầu tiên được trang bị công nghệ này sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2021 và các chip đòi hỏi khắt khe hơn như bộ xử lý đồ họa và chip AI của trung tâm dữ liệu sẽ được sản xuất hàng loạt vào năm 2022.
Điều đáng chú ý là công nghệ GAA cũng có một số tuyến khác nhau và các chi tiết trong tương lai cần được xác minh thêm. Hơn nữa, việc chuyển sang GAA chắc chắn liên quan đến một sự thay đổi trong kiến trúc. Những người trong ngành chỉ ra rằng điều này đưa ra các yêu cầu khác nhau cho thiết bị. Được biết, một số nhà sản xuất thiết bị đã phát triển thiết bị khắc và màng mỏng đặc biệt.
Tân Hoa Xã trên gươm?
Trong thị trường FinFET, TSMC nổi bật và Samsung và Intel đang nỗ lực để bắt kịp. Bây giờ có vẻ như GAA đã có trên chuỗi. Câu hỏi là, điều gì sẽ xảy ra với sự bế tắc của "ba vương quốc"?
Từ bối cảnh của Samsung, Samsung tin rằng các cược công nghệ GAA vượt xa một hoặc hai năm so với các đối thủ của mình và họ sẽ nằm xuống và duy trì lợi thế đầu tiên trong lĩnh vực này.
Nhưng Intel cũng có tham vọng, nhằm lấy lại vị trí lãnh đạo trong GAA. Intel tuyên bố sẽ ra mắt công nghệ xử lý 7nm vào năm 2021 và sẽ phát triển 5nm dựa trên quy trình 7nm. Người ta ước tính rằng ngành công nghiệp sẽ chứng kiến quá trình 5nm của mình "công suất thực" ngay sau năm 2023.
Mặc dù Samsung là công ty hàng đầu về công nghệ GAA, xem xét sức mạnh của Intel về công nghệ xử lý, hiệu suất quá trình GAA của nó đã được cải thiện hoặc trở nên rõ ràng hơn và Intel phải tự hướng nội và không còn đi theo con đường 10nm "dài tháng ba".
Trong quá khứ, TSMC là cực kỳ thấp và thận trọng. Mặc dù TSMC tuyên bố rằng quy trình 5nm cho sản xuất hàng loạt vào năm 2020 vẫn sử dụng quy trình FinFET, nhưng dự kiến quy trình 3nm của nó sẽ được nâng lên để sản xuất hàng loạt vào năm 2023 hoặc 2022. Quá trình. Theo các quan chức của TSMC, thông tin chi tiết về 3nm của nó sẽ được công bố tại Diễn đàn công nghệ Bắc Mỹ vào ngày 29 tháng Tư. Đến lúc đó, TSMC sẽ đưa ra những thủ thuật gì?
Trận chiến GAA đã bắt đầu.