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三星嗆台積電3奈米GAA領先一年:靠專有名詞唬人?

2019-08-15 10:30經濟日報 邱四珍

南韓媒體BusinessKorea報導,三星宣布2019年「三星晶圓代工論壇」將如期於9月4日在東京舉行,將展示自家「環繞閘極(GAA)」製程技術,並稱3奈米領先台積電一年,到底什麼是GAA?用這個技術真的能領先台積電一年嗎?為什麼說三星靠專有名詞唬人呢?

知識力專家社群創辦人曲建仲表示,什麼是「場效電晶體(FET)」?「場效電晶體(FET:Field Effect Transistor)」是最基本的電子元件,電子流入再流出,由一個閘極開關控制電子導通(代表1)或不導通(代表0),科學家將它製作在矽晶圓上,是數位訊號的最小單位,一個FET代表一個0或一個1,就是電腦裡的一個「位元(bit)」。

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電腦是以0與1兩種數位訊號來運算;我們可以想像在矽晶片上有數十億個FET,就代表數十億個0與1,再用金屬導線將這數十億個FET的連結起來,電子訊號在這數十億個0與1之間流通就可以交互運算,最後得到使用者想要的加、減、乘、除運算結果,這就是電子計算機(電腦)的基本工作原理。晶圓廠像台積電、聯電,就是在矽晶圓上製作數十億個FET的工廠。

閘極長度(製程節點):半導體製程進步的關鍵

在FET中,「閘極長度(Gate length)」大約10奈米,是所有構造中最細小也最難製作的,因此我們常常以閘極長度來代表半導體製程的進步程度,這就是所謂的「製程節點(Node)」。閘極長度會隨製程技術的進步而變小,從早期的0.18微米、0.13微米,縮小到90奈米、65奈米、45奈米、32奈米、22奈米、14奈米、10奈米,發展到目前最新製程7奈米、5奈米、3奈米。

當閘極長度愈小,則整個FET就愈小,而同樣含有十億個FET的晶片就愈小,封裝以後的積體電路就愈小,最後做出來的手機就愈小囉!10奈米到底有多小呢?細菌大約1微米,病毒大約100奈米,換句話說,人類現在的製程技術可以製作出只有病毒1/10(10奈米)的結構,厲害吧!

FET的結構自發明以來,到現在已使用將近四十年,當閘極長度縮小到14奈米以下遇到了許多問題,因此科學家發明了「鰭式場效電晶體(FinFET:Fin FET)」,但是到了5奈米以下又遇到了許多問題,因此才出現了「環繞閘極場效電晶體(GAAFET:Gate All Around FET)」。

這裡要特別注意,一般我們說的65、45奈米在FET電晶體上是指「閘極長度」,但是到了14、10、7、5奈米在FinFET電晶體上指的其實是概念上的「平均長度」,只能當做是商品名稱,而不是真的閘極長度,這主要是因為FinFET電晶體的結構比較複雜,因此各家廠商都定義了各自不同的「平均長度」計算方式,所以當我們聽到台積電、英特爾、三星的「10奈米」製程,許多人都把它們當成同一個東西拿來比較,其實這樣比較是不正確的。

半導體先進製程靠的是實力不是市場行銷

「環繞閘極(GAA)」的原理很簡單,就是增加閘極與電子通道的接觸面積,可以增加控制效果,這麼簡單的道理,當然不會只有三星的人想到,事實上各大進行先進製程的晶圓廠早就在發展各自的GAA,只是結構稍有不同「店店三碗公」不像三星拿來「說嘴」而已。

實際上GAA遇到許多製程方面的困難,目前大家都遇到良率的問題無法量產,而且「水平式」的GAA和FinFET性能其實差異不大,必須製作「垂直式」的GAA效果才明顯,而垂直式製程極為困難,這次三星展出的GAA其實只是水平式的而己,因此講GAA只是用專有名詞來唬外行人,看在內行人眼中只是覺得有趣,還有報導說什麼三星想用GAA在3奈米彎道超車台積電,只能說不是想像力太豐富,就是三星的行銷比較厲害!

跨領域知識關係到國家整體產業競爭力

三星在今年中發表GAA這個新聞,就有一堆媒體爭相報導,大家都是照著三星的新聞稿引用,對於這種具有專業深度的新聞無法評論,而許多廠商就利用這個方式大力「行銷」,先不管GAA到底是什麼,反正媒體爭相報導市場震撼就已經提升公司的知名度和股價了!

問題是大部分人並不了解半導體這種尖端科技,該怎麼判斷呢?這就是為什麼跨領域知識的推廣關係到國家整體產業競爭力,因此知識力專家社群特別與專門辦理金融證照考試的證基會合作推出「產業科技創新應用認證系列:金融與科技跨領域交流研習班」,希望把艱深困難的科技原理用淺顯易懂的教學方式協助跨領域高階主管、金融商務人士學習新興科技。

http://eduweb.sfi.org.tw/inquiry.aspx

總之下回再看到這種新聞,記得先找專家請教一下再做判斷,三星的確花了許多金錢和時間在開發先進製程,但是目前仍然落後,未來想要超車必須拿出實力,不能只靠媒體行銷;台積電目前雖然領先,但是一不小心走錯方向也有可能落後,英特爾三年前由於10奈米製程研發方向錯誤造成進度落後就是一個實例,因此必須按部就班依照時程前進,才能保持領先。

想要徹底了解FinFET與GAAFET到底在玩什麼把戲,請參考<知識力專家社群>。

https://www.ansforce.com/post/S1-p1453

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