三星迎来3纳米芯片首个大单   将为谷歌代工Pixel 8处理器

今年6月，三星率先宣布量产3nm工艺芯片，但尽管工艺节点更先进，但似乎一直没有大客户支持。据悉，三星首发的3nm芯片订单来自一家国内的矿机芯片厂商，产量不可能很大，双方的合作更多地是象征意义。

之前有消息称三星已经接洽到了一个大客户，且是手机芯片行业的。原本以为是高通，但近日韩媒报道，三星与谷歌达成了合作，将使用3nm工艺为谷歌生产下一代智能手机Pixel 8系列的移动处理器。这应该是三星3nm芯片的首个大单。

代工Pixel 8系列手机芯片

据了解，三星3纳米芯片建立在Gate-All-Around（GAA）技术之上。与现有的FinFET工艺相比，该技术将使芯片面积减少45%，性能提高30%，功耗降低50%。三星3纳米量产时间早于台积电量。

那么，为什么三星要提前3纳米芯片量产计划呢？主要原因有两点：

一是提前量产，有利于抢先占据高端芯片代工市场份额。三星与台积电的市场份额差距加大，台积电在2021年第二季度占全球代工市场的58%，三星的份额为14%。根据市场研究公司 Counterpoint Research 的数据，第一季度，台积电的市场份额为55%，而三星为17%。

二是有利于开拓半导体制造新型技术战争，争夺技术优势主动权。三星电子和台积电都在生产基于 FinFet 技术的5纳米芯片。然而现阶段从市场反映来看，台积电在良率和性能方面占据上风。

因此，三星希望通过利用先进芯片工艺GAA技术拔得头筹，实现“不对称”竞争。但缘于一直以来相对较低的良率，三星花了近3个月才终得大单。

不过，由于Pixel 8系列手机发布要到2023年，三星的3nm手机芯片出货时间将拉长，今年内提升产能的希望不大。

据悉，除了手机芯片之外，谷歌早已跟三星联合开发新一代Tensor张量处理器， 且在2021年的Pixel 6手机上首次使用，现在已经是第三代。目前，Tensor处理器主要用于谷歌手机中，但谷歌计划扩展自己的芯片战略，未来平板、笔记本及服务器中都有可能会采用Tensor处理器。

三星3nm芯片真的领先？

尽管三星在芯片工艺“成功超越”，但事实上三星的GAA技术，即第一代3纳米芯片，跟台积电的5纳米技术差不多。

从技术角度来看，三星称，与前几代工艺使用FinFET技术不同，三星使用的全环绕栅极（gate-all-around，GAA）晶体管技术，使新开发的第一代3纳米工艺可以降低45%的功耗，性能提高23%，并减少16%的面积。而三星第二代3纳米（nm）工艺则使功耗降低50%，性能提升30%，芯片面积减少35%。”但显然，芯片面积减少35%并不能代表一个晶体管密度翻倍的数据。

有专业人士分析，与三星不同的是，台积电将采用较为成熟的FinFET（Fin Field Effect Transistor，FinFET）工艺，一直到2025年量产2纳米芯片时，才会采用GAA技术。这也意味着，三星、台积电将用不同架构设计的3纳米制程进行对决。在台积电的官方宣传中提到“相较于N5制程技术，N3制程技术的逻辑密度将增加约70%，在相同功耗下速度提升10-15%，或者在相同速度下功耗降低25-30%。”

实际上，从晶体管密度的角度来看，台积电5nm工艺明显强于三星第一代3nm工艺(GAE)，第二代3nm工艺(GAP)才真正意义上超越台积电5nm工艺。据了解，第二代的3nm GAP工艺可以降低50%的功耗，提升30%的性能，同时面积减少35%，效果更好，但预计2024年才能量产。

另外，对于半导体芯片来说，晶体管密度是衡量性能的重要指标，但并非全部。事实上，从传统的MOS晶体管到FinFET晶体管、再到最新的GAA架构，除了提升晶体管密度外，降低内部漏电率、提升处理器运行频率同样重要。作为全新的晶体管结构，GAA可带来性能、功耗方面的优势，但使用新结构会在一定程度上影响到部分工艺参数。而台积电若在3nm工艺以及2nm工艺实现量产的话，无疑会给三星先进芯片工艺带来更大的压力。

由此可见，在晶圆代工市场，台积电仍居于主导地位。这也是众多厂商，特别是苹果与台积电深度绑定合作的原因。但“代工双雄”台积电与三星如何在先进芯片上展开竞争与较量，也值得我们关注。