國產半導體企業完成全球第一顆3nm晶片的測試開發！意義何在？

全球第一顆3nm晶片的測試開發並非量產製造，這裡一定要加以區分，但“測試開發”的完成，多少體現了國產半導體企業在3nm晶片領域的進步和成果。

全球第一顆 3nm 晶片的測試開發

3nm 晶片的訊息不少，作為三星、臺積電博弈的關鍵，3nm製程及晶片從不缺乏話題，不過這一次，“國產半導體企業完成全球第一顆3nm晶片的測試開發”卻多少搶了兩大巨擘的風頭。

近日，中國半導體企業利揚晶片今日在回覆投資者提問時表示：目前 3nm 先進製程工藝的晶片測試方案已除錯成功，標誌著公司完成全球第一顆 3nm 晶片的測試開發，將向量產測試階段有序推進。

Q：最近看到媒體報道三星推出全球首款 3 奈米的晶片，是為國內的礦機晶片設計公司代工的，貴司有機會成為他們的測試供應商嗎？

A：公司近幾年不斷加大在高階晶片領域的測試研發投入，尤其是公司的算力晶片測試技術針對先進製程的離散性難題提供全套測試解決方案，重點解決了功耗比、晶片內阻、大電流測試電路、測試溫度控制等關鍵技術難點，前期已經在 8nm 和 5nm 晶片產品上為多家客戶提供量產測試服務，目前 3nm 先進製程工藝的晶片測試方案已除錯成功，標誌著公司完成全球第一顆 3nm 晶片的測試開發，將向量產測試階段有序推進。

廣東利揚晶片測試股份有限公司成立於 2010 年 2 月，自稱是國內知名的獨立第三方專業晶片測試技術服務商、國家級專精特新小巨人企業、高新技術企業，主營業務包括積體電路測試方案開發、12 英寸及 8 英寸等晶圓測試服務、晶片成品測試服務以及與積體電路測試相關的配套服務。

官方表示，該公司自成立以來，一直專注於積體電路測試領域，並在該領域積累了多項自主的核心技術，已累計研發 44 大類晶片測試解決方案，可適用於不同終端應用場景的測試需求，完成超過 4，300 種晶片型號的量產測試。

此外，該公司還為國內知名晶片設計公司提供中高階晶片獨立第三方測試技術服務，產品主要應用於通訊、計算機、消費電子、汽車電子及工控等領域，工藝涵蓋 8nm、16nm、28nm 等先進製程。

從這裡可以看出，利揚晶片更多是負責的晶片測試業務，而非製造業務，相對門檻更低一些，但在利揚晶片之前，三星、臺積電都已宣稱各自的3nm晶片量產有望在2022年實現，這一製程工藝究竟有何魅力？

被稱為極限的3nm製程

55nm、28nm、14nm、7nm……晶片製程工藝的更迭從未停止過。摩爾定律是英特爾創始人之一戈登·摩爾的經驗之談，其核心內容為：積體電路上可以容納的電晶體數目在大約每經過24個月便會增加一倍。換言之，處理器的效能每隔兩年翻一倍。晶片上可容納的電晶體數量大約每隔兩年增加1倍。目前工藝節點的現狀是，摩爾定律逐漸放緩。

隨著3nm工藝的臨近，人類正在逼近矽基半導體的極限，此前臺積電有信心將工藝推進到2nm甚至1nm，但還是紙面上的，相關技術並沒有走出實驗室呢。

如果不能解決一系列難題，3nm工藝很有可能是未來CPU等晶片的極限了，但是10年前我們覺得65nm工藝是極限，因為到了65nm節點二氧化矽絕緣層漏電已經不可容忍，可晶片製造企業研發出了HKMG，用high-k介質取代了二氧化矽，傳統的多晶矽-二氧化矽-單晶矽結構變成了金屬-highK-單晶矽結構……每一次我們認為極限即將到來時，技術突破總會推動著產業進步。

英特爾、三星、臺積電和其他公司正在為從今天的FinFET電晶體向3nm和2nm節點的新型全柵場效應電晶體（GAA FET）過渡奠定基礎，這種過渡將從明年或2023年開始。

GAA FET將被用於3nm以下，擁有更好的效能，更低的功耗和更低的漏電壓。雖然GAA FET電晶體被認為是FinFET的演進，並且已經進行了多年研發，但任何新型電晶體或材料對於晶片行業來說都是巨大的工程。需要指出的是，雖然同為奈米片FET，但GAA架構有幾種型別。基本上，奈米片FET的側面是FinFET，柵極包裹著它，能夠以較低的功率實現更高的效能。

平面電晶體與FinFET以及GAA FET，來源：Lam Research

“GAA技術對於電晶體的持續微縮至關重要。3nm GAA的關鍵特性是閾值電壓可以為0。3V。與3nm FinFET相比，這能夠以更低的待機功耗實現更好的開關效果，” IBS執行長Handel Jones說。“ 3nm GAA的產品設計成本與3nm FinFET不會有顯著差異。但GAA的IP認證將是3nm FinFET成本的1。5倍。”

高遷移率溝道並不是新事物，已經在電晶體中使用了多年。但是這些材料給奈米片帶來了整合方面的挑戰，供應商正在採取不同的方法解決：

·在IEDM（國際電子元件會議）上，英特爾發表了一篇有關應變矽鍺（SiGe）溝道材料的奈米片pMOS器件的論文。英特爾使用所謂的“溝道優先”流程開發該器件。

·IBM正在使用不同的後溝道工藝開發類似的SiGe奈米片。

·其他溝道材料正在研發中。

競爭激烈的三星與臺積電

掌握3nm製程工藝主動權就掌握下一代晶片製造的主動權，對於從事晶片代工的三星和臺積電而言，3nm製程的確是必爭之地。

《聯合報》報道，臺積電決定如期在2022年推動3nm晶片量產，目前臺積電初步規劃新竹工廠每月產能約1萬至2萬片，臺南工廠產能為1。5萬片。

臺積電決定今年率先量產第二版3nm製程N3B，將於今年8月於新竹12廠研發中心第八期工廠及南科18廠P5廠同步投片。分析師表示，第一批客戶包括蘋果和英特爾公司。

臺積電的3nm技術（N3）將是5nm技術（N5）後的又一全節點技術，並在推出時提供PPA和電晶體技術中最先進的代工技術。與N5技術相比，N3技術將提供高達70%的邏輯密度增益、高達15%的速度提升以及相同的速度和高達30%的功耗降低。N3技術開發進展順利。N3技術將為移動和HPC應用程式提供完整的平臺支援。

有意思的是在2022年上半年最後一天，三星“壓哨”實現了自己對3nm量產時間的承諾。6月30日上午，三星電子釋出公告，稱該公司已開始量產基於GAA電晶體（Gate-All-Around FET，全環繞柵極）結構的3nm晶片。

這也意味著三星領先臺積電，正式成為全球第一家實現3nm製程量產的廠商。根據行業跟蹤機構TrendForce的資料，今年第一季度，臺積電佔據了全球代工市場的53。5%，其次是三星，佔16。3%。

目前，全球有意願且有條件發展3nm晶片製造的廠商有臺積電、三星、英特爾三家。按計劃，臺積電的3nm製程將在2022年下半年量產，而英特爾7nm製程改名後的Intel 4也計劃在2022年下半年量產。

雖然三星和臺積電兩家在3nm晶片量產時間上看似你爭我奪，但實際上早就有訊息傳出蘋果已經預定臺積電最初一批採用3nm工藝的晶片產能，用於生產ios裝置和自研晶片，而在此前的7nm上，2019年，臺積電已代工7nm已超100種，蘋果、高通、AMD、聯發科等行業巨頭的訂單都被臺積電“拿下”；在5nm上，由於遇上EUV工藝成品率的問題，三星開始量產5nm時，臺積電已拿下蘋果、高通的“大單”。

從這裡看，三星已落後臺積電“一大截”，其急於在3nm上扳回一局的心態就很好理解了，而國內半導體企業除專注測試等環節，在製造商業會跟進3nm嗎？顯然，處於追趕的國內半導體企業更多精力還是在28nm等規格晶片的製造上。

以中芯國際為例，其已經對外公佈了2022年的資本開支計劃，計劃拿出50億美元，主要用於28nm等晶片的產能提升，部分用於發展先進製程的晶片工藝。