Wenn Samsung Mitte 2019 bekannt gab, dass es 2021 seine "Wrap-Around-Gate (GAA)" - Technologie einführen wird, um die FinFET-Transistortechnologie zu ersetzen, kann FinFET dennoch ruhig bleiben. Bis heute hat Intel erklärt, dass sein 5-nm-Prozess FinFET aufgeben und auf GAA umstellen wird. Es gibt bereits Anzeichen dafür, dass sich das Alter ändert. Die drei großen Gießereiriesen haben sich bereits für GAA entschieden. Obwohl sich die Rennstrecke von TSMC als Leiter der Gießerei „nicht bewegt“, scheint es keine Spannung zu geben. Ist FinFET wirklich am Ende der Geschichte?
FinFETs Ruhm
Schließlich hatte FinFET, als es als "Retter" debütierte, die wichtige "Mission" von Moores Gesetz, weiter voranzukommen.
Mit der Aufrüstung der Prozesstechnologie wird die Herstellung von Transistoren schwieriger. Das erste Flip-Flop für integrierte Schaltkreise wurde 1958 mit nur zwei Transistoren gebaut, und heute enthält der Chip bereits mehr als 1 Milliarde Transistoren. Diese treibende Kraft beruht auf der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses für flaches Silizium unter dem Kommando des Mooreschen Gesetzes.
Wenn sich die Gatelänge der 20-nm-Marke nähert, fällt die Fähigkeit zur Steuerung des Stroms stark ab und die Leckrate steigt entsprechend an. Die traditionelle planare MOSFET-Struktur scheint am "Ende" zu sein. Prof. Zhengming Hu aus der Industrie hat zwei Lösungen vorgeschlagen: eine ist ein FinFET-Transistor mit dreidimensionaler Struktur und die andere ist eine FD-SOI-Transistortechnologie, die auf der ultradünnen SOI-Silizium-auf-Isolator-Technologie von SOI basiert.
FinFET und FD-SOI erlaubten Moores Gesetz, die Legende fortzusetzen, aber die beiden haben danach unterschiedliche Wege eingeschlagen. Der FinFET-Prozess führt zuerst die Liste an. Intel führte 2011 erstmals die kommerzielle FinFET-Prozesstechnologie ein, die die Leistung erheblich verbesserte und den Stromverbrauch senkte. TSMC erzielte auch mit der FinFET-Technologie große Erfolge. In der Folge hat sich FinFET zu einem globalen Mainstream entwickelt. Die "Fuji" Wahl von Yuanchang.
Im Gegensatz dazu scheint der FD-SOI-Prozess im Schatten von FinFETs gelebt zu haben. Obwohl die Prozessleckrate gering ist und der Stromverbrauch Vorteile bietet, finden die hergestellten Chips Anwendungen im Internet der Dinge, in der Automobilindustrie, in der Netzwerkinfrastruktur, im Verbraucherbereich und in anderen Bereichen sowie in der Leistung von Giganten wie Samsung, GF, IBM, ST, etc. Pushing hat eine Welt auf dem Markt geöffnet. Branchenveteranen wiesen jedoch darauf hin, dass es aufgrund der hohen Substratkosten schwierig ist, die Größe zu verkleinern, wenn sie sich nach oben bewegt, und dass der höchste Wert bis zu 12 nm beträgt, was in Zukunft schwierig fortzusetzen ist.
Obwohl FinFET mit dem Internet der Dinge, künstlicher Intelligenz und intelligentem Fahren die Führung im "Two-Choice-One" -Wettbewerb übernommen hat, hat es ICs vor neue Herausforderungen gestellt, insbesondere die Herstellungs- und F & E-Kosten von FinFETs werden immer höher. 5nm kann immer noch große Fortschritte machen, aber der Fluss der Prozesshistorie scheint dazu bestimmt zu sein, sich wieder zu "drehen".
Warum GAA?
Nachdem Samsung die Führung übernommen und Intel übernommen hat, ist GAA plötzlich der Emporkömmling, der FinFET übernimmt.
Der Unterschied zum FinFET besteht darin, dass sich an den vier Seiten des GAA-Entwurfskanals Gates befinden, die die Leckspannung reduzieren und die Steuerung des Kanals verbessern. Dies ist ein grundlegender Schritt beim Reduzieren der Prozessknoten. Durch die Verwendung effizienterer Transistordesigns in Verbindung mit kleineren Knoten kann ein besserer Energieverbrauch erzielt werden.
Senioren erwähnten auch, dass die kinetische Energie von Prozessknoten darin besteht, die Leistung zu verbessern und den Stromverbrauch zu senken. Wenn der Prozessknoten auf 3 nm vorgerückt ist, ist die FinFET-Wirtschaftlichkeit nicht mehr realisierbar und wird sich an GAA wenden.
Samsung ist optimistisch, dass die GAA-Technologie die Leistung um 35% verbessern, den Stromverbrauch um 50% und die Chipfläche um 45% im Vergleich zum 7-nm-Prozess senken kann. Es wird berichtet, dass die erste Charge von 3-nm-Samsung-Smartphonechips, die mit dieser Technologie ausgestattet sind, 2021 mit der Massenproduktion beginnen wird und anspruchsvollere Chips wie Grafikprozessoren und KI-Chips für Rechenzentren 2022 in Massenproduktion hergestellt werden.
Es ist erwähnenswert, dass die GAA-Technologie auch verschiedene Routen hat und zukünftige Details weiter überprüft werden müssen. Darüber hinaus ist die Umstellung auf GAA zweifellos mit einer Änderung der Architektur verbunden. Branchenkenner weisen darauf hin, dass dies unterschiedliche Anforderungen an die Ausrüstung stellt. Es wird berichtet, dass einige Gerätehersteller bereits spezielle Ätz- und Dünnschichtgeräte entwickeln.
Xinhua Berg auf dem Schwert?
Auf dem FinFET-Markt sticht TSMC hervor, und Samsung und Intel haben Probleme, aufzuholen. Jetzt scheint es, dass der GAA bereits auf der Saite ist. Die Frage ist, was mit der Pattsituation der "drei Königreiche" passieren wird.
Aus dem Kontext von Samsung geht Samsung davon aus, dass die GAA-Technologie-Wetten seinen Konkurrenten ein oder zwei Jahre voraus sind, und wird seinen First-Mover-Vorteil in diesem Bereich ausbauen und beibehalten.
Intel ist aber auch ehrgeizig und strebt an, die Führung in GAA wiederzugewinnen. Intel gab bekannt, dass es im Jahr 2021 die 7-nm-Prozesstechnologie einführen und 5-nm-Verfahren basierend auf dem 7-nm-Prozess entwickeln wird. Es wird geschätzt, dass die Industrie ihre 5-nm-Prozess "wahre Kapazität" bereits 2023 sehen wird.
Obwohl Samsung angesichts der Stärke von Intel in der Prozesstechnologie führend in der GAA-Technologie ist, hat sich die GAA-Prozessleistung verbessert oder ist offensichtlicher geworden, und Intel muss sich selbst überprüfen und nicht länger dem 10-nm-Prozess "Long March" folgen.
In der Vergangenheit war TSMC äußerst zurückhaltend und vorsichtig. Obwohl TSMC angekündigt hat, dass das 5-nm-Verfahren für die Massenproduktion im Jahr 2020 immer noch das FinFET-Verfahren verwendet, wird erwartet, dass das 3-nm-Verfahren 2023 oder 2022 auf die Massenproduktion umgestellt wird. Laut TSMC-Vertretern werden Details zu seinem 3-nm-System am 29. April auf dem North American Technology Forum bekannt gegeben. Welche Tricks wird TSMC bis dahin anbieten?
Die Schlacht der GAA hat bereits begonnen.