本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes

目前芯片代工的三巨头英特尔、三星和台积电都在积极备战GAA技术。

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）提供先进工艺的未来路线图。目前，7 纳米以下的所有工艺都被视为先进工艺，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，但未来还计划推出改进版本。

英特尔是这三家公司中率先公布其技术路线图的。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）。其中，采用环绕栅极晶体管（GAA）技术的两代产品尤为引人注目，分别是“18A”和“14A”。

图1，来源：Intel

英特尔计划首先推出“Intel 20A”工艺供内部使用（已纳入计划）。以下是英特尔在这一代技术上的主要改进：

图 2，来源：IEDM 2023

图 3，来源：2023 VLSI 技术与电路研讨会。

英特尔的20A工艺目前看来进展顺利，但其原计划是应用于Arrow Lake系列。然而，在Arrow Lake之前，“Lunar Lake”已经采用了台积电的“N3B”工艺进行发货。对于Arrow Lake，原本预期会采用Intel 20A工艺，但实际上大多数SKU最终选择了台积电的“N3”工艺。而唯一确定采用Intel 20A工艺的是U-SKU，这是一款TDP为15W、面向移动市场的产品。

原本，“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的未来变得不确定，甚至其存在本身也受到了质疑。

综上所述，原本预计会搭载英特尔20A工艺的产品很可能永远不会面世。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传的情况下，突然间被推向市场。

图4，英特尔2022年路线图。来源:英特尔

根据目前的时间表，客户端的Panther Lake和服务器的“Clearwater Forest”将于2025年投入实际使用。考虑到这些情况， Intel 18A今年（2024年）量产难度较大，实际量产预计要到2025年以后。

不过，英特尔预计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，并计划在2026年推出采用该技术的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，所以现实来说：

台积电于2024年4月24日在圣克拉拉会议中心举办“2024北美技术研讨会”，首次公布“A16”工艺（图5）。关于GAA，该公司在2022年首次披露了N2工艺的细节，当时解释称，在相同功耗下，N2相比N3有10到15%的工作频率提升，在相同工作频率下，N2相比N3有25%的提升。据说可以降低约30%的功耗。到2023年，与N3E相比，这将导致工作频率提高10-15%，功耗降低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

据介绍，2023年，N2P和N2X正在准备作为N2的后继产品，计划于2026年开始量产。N2P是N2的改进版，但它最大的特点就是结合了BSPDN（台积电称之为“SPR（Super Power Rail）”）。另一方面，N2X是工作频率高于N2的设备，适用于HPC等应用。

现在，关于今年的信息，“NanoFlex”将首先提供给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，允许根据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相比，工作频率提高8-10%，功耗降低15-20%，芯片密度提高7-10%。据说发布日期是在2026年下半年，但从图5可以看出，会在2026年底到2027年初左右。此前曾宣布 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

最后，三星于2024年6月12日在位于圣何塞的设备解决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的实施方面一直处于领先地位，并于2022年宣布开始量产“SF3E”（Early）。正如Early的名字所说，实际情况接近于预先评估，仅在三星内部使用，但据报道初步良率在 10% 范围内。尽管此后其效率已提高至 40% 左右，但仍难以作为商业流程提供。不过SF3E在Intel方面就相当于Intel 20A，而SF3商用预定时间是2024年，所以此后有两年的宽限期，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%的工作频率，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可以看出这一点消失了，2025年仅为SF2.2026年将投入SF2的改良型SF2P和SF2X，2027年将提供“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的实际实施推迟到2027年，其特点是最初仅以SF2Z的形式，预计2028年全面采用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

三家公司的 GAA 流程见下表。三星的 SF3 还没有宣布开始批量生产，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 宣布开始量产的时间预计至多在 2024 年底，从实际情况来看，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，看来这实际上就是第一代 GAA（如果三星的 SF2 的说法正确，那么它将相当于第二代，但目前还不清楚 SF2 的特性与 SF3 相比有多大改进）。(如果三星的说法是正确的，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 路线图摘要

在第一代基础上改进的工艺将于 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。使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。

使用 BS PDN 的其他公司只有三星（也在使用 2027 GAA 工艺）。不过，据笔者所知，还没有传出 Rapidus 在其 2 纳米工艺中使用 BS PDN 的消息。

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