芯片三巨擘的GAA进程_英特尔_工艺

本文由半导体家当纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes

目前芯片代工的三巨子英特尔、三星和台积电都在积极备战GAA技能。

随着 2024 年 6 月 12 日在圣何塞举行的 2024 年三星晶圆代工论坛（SFF）的召开，三家晶圆代工龙头企业（台积电、三星和英特尔）供应前辈工艺的未来路线图。
目前，7 纳米以下的所有工艺都被视为前辈工艺，但从 7 纳米到 3 纳米（三星的 “SF4”，英特尔的 “Intel 4/Intel 3”）这一代基于 FinFET 的工艺已经得到了改进。
基于 FinFET 的工艺已经投入量产，但未来还操持推出改进版本。

英特尔

英特尔是这三家公司中率先公布其技能路线图的。
该公司于2024年2月在圣何塞举办了“Intel Foundry Direct Connect”活动，并在此公布了其详细的路线图（见图1）。
个中，采取环抱栅极晶体管（GAA）技能的两代产品尤为引人瞩目，分别是“18A”和“14A”。

图1，来源：Intel

英特尔操持首先推出“Intel 20A”工艺供内部利用（已纳入操持）。
以下是英特尔在这一代技能上的紧张改进：

图 2，来源：IEDM 2023

图 3，来源：2023 VLSI 技能与电路研讨会。

英特尔20A

英特尔的20A工艺目前看来进展顺利，但其原操持是运用于Arrow Lake系列。
然而，在Arrow Lake之前，“Lunar Lake”已经采取了台积电的“N3B”工艺进行发货。
对付Arrow Lake，原来预期会采取Intel 20A工艺，但实际上大多数SKU终极选择了台积电的“N3”工艺。
而唯一确定采取Intel 20A工艺的是U-SKU，这是一款TDP为15W、面向移动市场的产品。

原来，“箭湖-U”（即Arrow Lake系列中的移动版）的继任者被设定为Lunar Lake，但由于Lunar Lake和Arrow Lake的发布顺序发生了颠倒，这导致U-SKU的未来变得不愿定，乃至其存在本身也受到了质疑。

综上所述，原来估量会搭载英特尔20A工艺的产品很可能永久不会面世。
在这样的背景下，英特尔的18A工艺可能会在没有任何前期宣扬的情形下，溘然间被推向市场。

图4，英特尔2022年路线图。
来源:英特尔

根据目前的韶光表，客户真个Panther Lake和做事器的“Clearwater Forest”将于2025年投入实际利用。
考虑到这些情形， Intel 18A今年（2024年）量产难度较大，实际量产估量要到2025年往后。

不过，英特尔估量将在明年前后发布英特尔 18A-P，即英特尔 18A 的改进版本。
此外，Intel已经推出了High-NA EUV Stepper，并操持在2026年推出采取该技能的Intel 14A，在2027年推出功能改进的Intel 14A-E，之后的Intel 10A也已经明确。
然而，当前的 Intel 18A 很可能因此而推迟一年，以是现实来说：

台积电于2024年4月24日在圣克拉拉会议中央举办“2024北美技能研讨会”，首次公布“A16”工艺（图5）。
关于GAA，该公司在2022岁首年月次表露了N2工艺的细节，当时阐明称，在相同功耗下，N2比较N3有10到15%的事情频率提升，在相同事情频率下，N2比较N3有25%的提升。
听说可以降落约30%的功耗。
到2023年，与N3E比较，这将导致事情频率提高10-15%，功耗降落25-30%，芯片密度提高15%或更多。
顺便说一句，截至 2023 年，原型制作 256M 位 SRAM 时的成品率将超过 50%。

图5，来源：台积电

据先容，2023年，N2P和N2X正在准备作为N2的后继产品，操持于2026年开始量产。
N2P是N2的改进版，但它最大的特点便是结合了BSPDN（台积电称之为“SPR（Super Power Rail）”）。
另一方面，N2X是事情频率高于N2的设备，适用于HPC等运用。

现在，关于今年的信息，“NanoFlex”将首先供应给N2（也可能还有N2P/N2X）。
在3nm世代中，台积电引入了一种名为“FinFlex”的机制，许可根据PPA目标（高性能/省电/高密度）改变PMOS和NMOS鳍片的数量，但为什么他们要把这个带到GAA呢？目前尚不清楚到底可以改变什么以及如何改变。

接下来是A16（图7）。
据称与N2P比较，事情频率提高8-10%，功耗降落15-20%，芯片密度提高7-10%。
听说发布日期是在2026年下半年，但从图5可以看出，会在2026年底到2027年初旁边。
此前曾宣告 N3B 将于 2022 年 12 月 31 日开始量产，但这可能会重演。

图 6，来源：台积电

图7，来源：台积电

三星电子

末了，三星于2024年6月12日在位于圣何塞的设备办理方案美国总部举行了SFF，并在此展示了最新的路线图（图8）。
该公司在GAA的履行方面一贯处于领先地位，并于2022年宣告开始量产“SF3E”（Early）。
正如Early的名字所说，实际情形靠近于预先评估，仅在三星内部利用，但据宣布初步良率在 10% 范围内。
只管此后其效率已提高至 40% 旁边，但仍难以作为商业流程供应。
不过SF3E在Intel方面就相称于Intel 20A，而SF3商用预定时间是2024年，以是此后有两年的脱期日，在此期间还可以进行进一步的改进。

图8，来源:Samsung Electronics

与SF3、SF4的比较如下（图9）。
同样的功耗可以提高22%的事情频率，同样的频率可以减少34%的功耗，区域大小可以减少21%。
然而，在2023年度的路线图中，本应准备继SF3之后称为SF3P的性能改进型（图10），但从图8可以看出这一点消逝了，2025年仅为SF2.2026年将投入SF2的改良型SF2P和SF2X，2027年将供应“SF1.4”和面向汽车的“SF2A”，以及与SF2X结合BSPDN的“SF2Z”（图11）。

以三星为例，BS PDN的实际履行推迟到2027年，其特点是最初仅以SF2Z的形式，估量2028年全面采取SF1.4P（暂定名）或稍后。

图 9，来源：三星电子

图 10，来源：三星电子

图 11，来源：三星电子

三个公司和Rapidus的兴趣择要

三家公司的 GAA 流程见下表。
三星的 SF3 还没有宣告开始批量生产，因此很难说，但如果能够成功开始批量生产，三星将略胜一筹。
英特尔 20A 宣告开始量产的韶光估量至多在 2024 年底，从实际情形来看，很可能会推迟到 2025 年。

2025 年，台积电的 N2、三星的 SF2 和英特尔的 18A 将开始量产，看来这实际上便是第一代 GAA（如果三星的 SF2 的说法精确，那么它将相称于第二代，但目前还不清楚 SF2 的特性与 SF3 比较有多大改进）。
(如果三星的说法是精确的，那么它将等同于第二代产品，但目前还不清楚 SF2 的特性比 SF3 改进了多少）。

GAA 路线图择要

在第一代根本上改进的工艺将于 2026 年推出。
如果英特尔 14A 按照路线图发布，它将与第二代产品相对应，但目前的延迟使这成为一项艰巨的任务。
真正的第二代产品将于 2027 年推出，包括台积电 A16、三星 SF1.4 和英特尔 14A/14A-E。
利用这些工艺制造的产品，第一代将于 2026 年上市，第二代将于 2028 年上市。

利用 BS PDN 的其他公司只有三星（也在利用 2027 GAA 工艺）。
不过，据笔者所知，还没有传出 Rapidus 在其 2 纳米工艺中利用 BS PDN 的。

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