吴新

3nm 芯片的消息不少，作为三星、台积电博弈的关键，3nm制程及芯片从不缺乏话题，不过这一次，“国产半导体企业完成全球第一颗3nm芯片的测试开发”却多少抢了两大巨擘的风头。

近日，中国半导体企业利扬芯片在回复投资者提问时表示：目前 3nm 先进制程工艺的芯片测试方案已调试成功，标志着公司完成全球第一颗 3nm 芯片的测试开发，将向量产测试阶段有序推进。

公司近几年不断加大在高端芯片领域的测试研发投入，尤其是公司的算力芯片测试技术针对先进制程的离散性难题提供全套测试解决方案，重点解决了功耗比、芯片内阻、大电流测试电路、测试温度控制等关键技术难点，前期已经在 8nm 和 5nm 芯片产品上为多家客户提供量产测试服务，目前 3nm 先进制程工艺的芯片测试方案已调试成功，标志着公司完成全球第一颗 3nm 芯片的测试开发，将向量产测试阶段有序推进。

廣东利扬芯片测试股份有限公司成立于 2010 年 2 月，自称是国内知名的独立第三方专业芯片测试技术服务商、国家级专精特新小巨人企业、高新技术企业，主营业务包括集成电路测试方案开发、12 英寸及 8 英寸等晶圆测试服务、芯片成品测试服务以及与集成电路测试相关的配套服务。

官方表示，该公司自成立以来，一直专注于集成电路测试领域，并在该领域积累了多项自主的核心技术，已累计研发 44 大类芯片测试解决方案，可适用于不同终端应用场景的测试需求，完成超过 4300 种芯片型号的量产测试。

此外，该公司还为国内知名芯片设计公司提供中高端芯片独立第三方测试技术服务，产品主要应用于通讯、计算机、消费电子、汽车电子及工控等领域，工艺涵盖 8nm、16nm、28nm 等先进制程。

从这里可以看出，利扬芯片更多是负责的芯片测试业务，而非制造业务，相对门槛更低一些，但在利扬芯片之前，三星、台积电都已宣称各自的3nm芯片量产有望在2022年实现，这一制程工艺究竟有何魅力？

55nm、28nm、14nm、7nm……芯片制程工艺的更迭从未停止过。摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。晶片上可容纳的电晶体数量大约每隔两年增加1倍。工艺节点的现状是，摩尔定律逐渐放缓。

随着3nm工艺的临近，人类正在逼近硅基半导体的极限，此前台积电有信心将工艺推进到2nm甚至1nm，但还是纸面上的，相关技术并没有走出实验室呢。

如果不能解决一系列难题，3nm工艺很有可能是未来CPU等芯片的极限了，但是10年前我们觉得65nm工艺是极限，因为到了65nm节点二氧化硅绝缘层漏电已经不可容忍，可芯片制造企业研发出了HKMG，用high-k介质取代了二氧化硅，传统的多晶硅-二氧化硅-单晶硅结构变成了金属-highK-单晶硅结构……每一次我们认为极限即将到来时，技术突破总会推动着产业进步。

英特尔、三星、台积电和其他公司正在为从今天的FinFET晶体管向3nm和2nm节点的新型全栅场效应晶体管（GAA FET）过渡奠定基础，这种过渡将从明年或2023年开始。

GAA FET将被用于3nm以下，拥有更好的性能、更低的功耗和更低的漏电压。虽然GAA FET晶体管被认为是FinFET的演进，并且已经进行了多年研发，但任何新型晶体管或材料对于芯片行业来说都是巨大的工程。需要指出的是，虽然同为纳米片FET，但GAA架构有几种类型。基本上，纳米片FET的侧面是FinFET，栅极包裹着它，能够以较低的功率实现更高的性能。

平面晶体管与FinFET以及GAA FET，来源：Lam Research

“GAA技术对于晶体管的持续萎缩至关重要。3nm GAA的关键特性是阈值电压可以为0.3V。与3nm FinFET相比，这能够以更低的待机功耗实现更好的开关效果。” IBS首席执行官Handel Jones说。“ 3nm GAA的产品设计成本与3nm FinFET不会有显著差异。但GAA的IP认证将是3nm FinFET成本的1.5倍。”

高迁移率沟道并不是新事物，已经在晶体管中使用了多年。但是这些材料给纳米片带来了集成方面的挑战，供应商正在采取不同的方法解决：

·在IEDM（国际电子元件会议）上，英特尔发表了一篇有关应变硅锗（SiGe）沟道材料的纳米片pMOS器件的论文。英特尔使用所谓的“沟道优先”流程开发该器件。

·IBM正在使用不同的后沟道工艺开发类似的SiGe纳米片。

·其他沟道材料正在研发中。

掌握3nm制程工艺主动权就掌握下一代芯片制造的主动权，对于从事芯片代工的三星和台积电而言，3nm制程的确是必争之地。

据《联合报》报道，台积电决定如期在2022年推动3nm芯片量产，目前台积电初步规划新竹工厂每月产能1万至2万片，台南工厂产能为1.5万片。台积电决定今年率先量产第二版3nm制程N3B，将于今年8月于新竹12厂研发中心第八期工厂及南科18厂P5厂同步投片。分析师表示，第一批客户包括苹果和英特尔公司。

台积电的3nm技术（N3）将是5nm技术（N5）后的又一全节点技术，并在推出时提供PPA和晶体管技术中最先进的代工技术。与N5技术相比，N3技术将提供高达70%的逻辑密度增益、高达15%的速度提升以及高达30%的功耗降低。N3技术开发进展顺利。N3技术将为移动和HPC应用程序提供完整的平台支持。

有意思的是在2022年上半年最后一天，三星“压哨”实現了自己对3nm量产时间的承诺。6月30日上午，三星电子发布公告，称该公司已开始量产基于GAA晶体管（Gate-All-Around FET，全环绕栅极）结构的3nm芯片。

这也意味着三星领先台积电，正式成为全球第一家实现3nm制程量产的厂商。根据行业跟踪机构TrendForce的数据，今年第一季度，台积电占据了全球代工市场的53.5%，其次是三星，占16.3%。

目前，全球有意愿且有条件发展3nm芯片制造的厂商有台积电、三星、英特尔三家。按计划，台积电的3nm制程将在2022年下半年量产，而英特尔7nm制程改名后的Intel 4也计划在2022年下半年量产。

虽然三星和台积电两家在3nm芯片量产时间上看似你争我夺，但实际上早就有消息传出苹果已经预定台积电最初一批采用3nm工艺的芯片产能，用于生产iOS设备和自研芯片，而在此前的7nm上，2019年，台积电代工7nm已超100种，苹果、高通、AMD、联发科等行业巨头的订单都被台积电拿下;在5nm上，由于遇上EUV工艺成品率的问题，三星开始量产5nm时，台积电已拿下苹果、高通的大单。

从这里看，三星已落后台积电一大截，其急于在3nm上扳回一局的心态就很好理解了，而国内半导体企业除专注测试等环节，在制造环节会跟进3nm吗？显然，处于追赶的国内半导体企业更多精力还是在28nm等规格芯片的制造上。

以中芯国际为例，其已经对外公布了2022年的资本开支计划，计划拿出50亿美元，主要用于28nm等芯片的产能提升，部分用于发展先进制程的芯片工艺。

当然，中芯国际将重心放在28nm等芯片上，也是有原因的。

首先，全球缺芯缺少的就是28nm等芯片，中芯国际又是最先扩大28nm等芯片产能的厂商，最快2023年就将投产使用。

数据显示，已经有大量的订单排队等待，再加上，汽车等行业的缺芯情况并没有得到明显的改善，只要有28nm等芯片的产能，就不愁没有订单。更何况，在中芯国际已经量产的芯片中，其敢于同国际大厂相比较，也就是说，中芯国际28nm等芯片的良品率也是世界先进的。

从这里看，争夺3nm制造暂时意义不大，但是通过承接部分业务，进一步加强同全球先进芯片制造生态的联系，并在成熟的制程工艺领域捕获红利和客户，才是当前国产芯片产业链应专注的地方。