三星3nmGAA工艺横空出世，未来要成为全球芯片代工的第一名

三星在2017年前，在芯片代工领域，其实是排第四名的，台积电、格芯、联电都比三星强。后来三星在2017年时提了一个目标，那就是要超过格芯、联电、台积电，未来要成为全球芯片代工的第一名。在2018年时，三星成功地超过了格芯、联电，排名全球第二，然后三星的目标只有一个，那就是超过台积电。但时至今日，三星与台积电的差距还是相当大的，按照2021Q4的数据，台积电的份额为53%，而三星只有17%，台积电份额约为三星的3倍。事实上，三星这几年一直在努力，特别是在5nm、4nm时更是铆足了劲，还拉拢了高通，意欲与台积电争霸一下。

不过，或许因为三星太急于成功了，所以在4nm时陷入了良率困境，按照媒体的说法，三星4nm良率仅为35%，而台积电可达到70%，是三星的两倍。而良率低会造成什么样的后果?那就是产能太低，成本过高，35%的率良，意味着生产100块晶圆，其中只有35块是正常的，另外的65块用不得。所以三星晶圆代工的主要客户正在流失，比如高通，就决定将骁龙8 Gen1订单转向台积电生产，后续3nm芯片也全量委托给台积电。

对于三星而言，目前GAA技术的3nm工艺，成为了三星翻身的机会了，如果GAA工艺的3nm表现不给力，那么三星将很难超直台积电，如果GAA工艺表现给力，那还是有机会的。GAA技术真的这么大的魅力?还真的有，详细的技术参数，我多说，我只简单地讲一下，大家就会明白了。所有的芯片，都要进行通电，然后进行运算，而芯片由几十上百亿晶体管构成，而耗电分为两个部分。

一部分是运算本身产生的耗电，叫动态功耗。另外一部分则是CMOS晶体管各种泄露电流产生的静态功耗(又称漏电流功耗)。别小看了漏电，在芯片中，这个漏电功耗其实比动态功耗更大。而GAA技术，相比于之前的FinFET技术，加到晶体管上的电压变小，这样导致漏电功率也变小。而功耗变小后，这样芯片的发热会变得更小，芯片的效率更高，性能更棒。

目前全球已量产的最先进半导体工艺是5nm，台积电此前表示，2022年下半年将量产3nm工艺，不过在3nm节点台积电依然选择FinFET晶体管技术，而三星则选择了GAA(Gate-all-around)技术。近日，三星对宣布其基于GAA技术的3nm制程成已成功流片(Tape Out)。

据外媒报导，三星3nm制程流片进度是与新思科技(Synopsys)合作，加速为GAA 架构的生产流程提供高度优化参考方法。因为三星基于GAA技术的3nm制程不同于台积电FinFET架构的3nm制程，所以三星需要新的设计和认证工具，故而采用了新思科技的Fusion Design Platform。

针对三星3nm GAA制程技术的物理设计套件(PDK)已在2019 年5 月发表，并2020 年通过制程技术认证。预计此流程使三星3nm GAA 结构制程技术可用于高性能计算(HPC)、5G、移动和高端人工智能(AI)应用芯片生产。

三星代工设计技术团队副总裁Sangyun Kim 表示，三星代工技术是推动下一阶段产业创新的核心。三星将藉由不断发展技术制程，满足专业和广泛市场增长的需求。三星电子最新且先进的3nm GAA 制程技术，受惠于与新思科技合作，Fusion Design Platform 加速准备，有效达成3nm制程技术承诺，证明关键联盟的重要性和优点。

新思科技数位设计部总经理Shankar Krishnamoorthy 也表示，GAA 晶体管结构象征着制程技术进步的关键转换点，对保持下一波超大规模创新所需的策略至关重要。新思科技与三星战略合作支持提供一流技术和解决方案，确保发展趋势延续，以及为半导体产业提供机会。

不过从技术上来看，三星依然是唯一一家能够紧跟台积电的晶圆代工厂，而且三星在接下来的 3nm 节点上将更加激进，并想要在全球首次推出 GAA 晶体管工艺，放弃 FinFET 晶体管工艺(台积电 3nm 工艺仍将基于 FinFET 工艺)。

三星正计划在 2022 年上半年完成其 3nm GAA 工艺的质量评估。据韩国媒体报道，三星已经准备好在韩国平泽市的 P3 工厂开工建设 3nm 晶圆厂，计划于 6、7 月份动工，并及时导入设备。

根据三星的说法，与 7nm 制造工艺相比，3nm GAA 技术的逻辑面积效率提高了 45% 以上，功耗降低了 50%，性能提高了约 35%，纸面参数上来说确实要优于台积电 3nm FinFET 工艺。

三星代工是三星的代工芯片制造业务部门，此前有消息称其目前正在与客户一起进行产品设计和批量生产的质量测试。该业务部门的目标是击败竞争对手台积电，在 3nm GAA 领域获得“世界第一”的称号。然而三星能否在 3nm 的性能和产能上满足客户的要求还有待观察。

韩国远大证券的数据显示，截至 2020 年，三星 Foundry 拥有的专利仅为 7000- 10000 项，而其竞争对手台积电已获得约 3.5 万至 3.7 万项专利。因此，业界认为三星认为缺乏 3nm 相关专利，这可能是个问题。

IT之家了解到，三星旗下 Galaxy 设备被黑客攻破，近 200GB 数据信息泄露，涉及合作伙伴高通机密数据，数亿名 Galaxy 设备用户正在面临着新的潜在安全风险，引起业界关注。

除此之外，韩国媒体此前还报道称，三星高管可能在试产阶段捏造了其 5nm 以下工艺的芯片良率，以抬高三星代工业务的竞争力。随后，三星启动了对原本计划扩大产能和保证良率的资金下落的调查，进一步了解半导体代工厂产量和良率情况。

据三星内部官员透露，“由于晶圆代工厂交付的数量难以满足代工订单需求，公司对非内存工艺的良率表示怀疑，事实上基于该良率是可以满足订单交付的。”另有业内人士透露，在三星为高通生产的骁龙 4nm 制程芯片中，良品率仅为 35%，并且三星自研的 4nm 制程 SoC 猎户座 2200 的良率更低。