หากซัมซุงประกาศเมื่อกลางปี 2019 ว่าจะเปิดตัวเทคโนโลยี "wrap-around-gate (GAA)" ในปี 2564 เพื่อแทนที่เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ FinFET FinFET ยังคงสงบอยู่ จนถึงทุกวันนี้ Intel ได้แจ้งว่ากระบวนการ 5nm ของมันจะยกเลิก FinFET และเปลี่ยนเป็น GAA มีสัญญาณของการเปลี่ยนอายุแล้ว ยักษ์ใหญ่โรงหล่อสามแห่งได้เลือก GAA แล้ว แม้ว่าวงจรวงจรของ TSMC ในฐานะผู้นำของโรงหล่อนั้น“ ไม่เคลื่อนไหว” ดูเหมือนว่าจะไม่มีข้อสงสัยเลย FinFET เป็นจริงในตอนท้ายของประวัติศาสตร์หรือไม่?
สง่าราศีของ FinFET
ท้ายที่สุดเมื่อ FinFET เปิดตัวเป็น "ผู้ช่วยให้รอด" มันถือ "ภารกิจ" ที่สำคัญของกฎของมัวร์เพื่อดำเนินการต่อไป
ด้วยการอัพเกรดเทคโนโลยีกระบวนการผลิตของทรานซิสเตอร์จะยากขึ้น วงจรฟลิปฟล็อปแรกในปีพ. ศ. 2501 นั้นถูกสร้างขึ้นด้วยทรานซิสเตอร์เพียงสองตัวและในปัจจุบันชิปนั้นมีทรานซิสเตอร์มากกว่า 1 พันล้านตัวแล้ว แรงจูงใจนี้มาจากความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของกระบวนการผลิตซิลิกอนแฟลตภายใต้คำสั่งของกฎของมัวร์
เมื่อความยาวเกตเข้าใกล้เครื่องหมาย 20nm ความสามารถในการควบคุมกระแสจะลดลงอย่างรวดเร็วและอัตราการรั่วไหลเพิ่มขึ้นตามลำดับ โครงสร้างของ MOSFET แบบระนาบแบบดั้งเดิมดูเหมือนจะอยู่ที่ "สิ้นสุด" ศาสตราจารย์เจิ้งหมิงหูจากอุตสาหกรรมได้เสนอวิธีแก้ปัญหาที่สอง: หนึ่งคือ FinFET ทรานซิสเตอร์กับโครงสร้างสามมิติและอื่น ๆ เป็นเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ FD- ซอยตามซอยเทคโนโลยีซิลิคอนบางบนฉนวนกันความร้อนบางเฉียบ
FinFET และ FD-Soi อนุญาตให้กฎของมัวร์ดำเนินการต่อตำนาน แต่ทั้งสองได้ใช้เส้นทางที่แตกต่างกันในภายหลัง กระบวนการ FinFET จะรวมอันดับแรกสุด Intel เปิดตัวเทคโนโลยีการผลิต FinFET เชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 2554 ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพและลดการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ TSMC ยังประสบความสำเร็จอย่างยิ่งใหญ่ด้วยเทคโนโลยี FinFET ต่อจากนั้น FinFET ได้กลายเป็นกระแสหลักระดับโลก ตัวเลือก "ฟูจิ" ของ Yuanchang
ในทางตรงกันข้ามกระบวนการ FD-Soi ดูเหมือนจะมีชีวิตอยู่ภายใต้เงาของ FinFET แม้ว่าอัตราการรั่วไหลของกระบวนการจะต่ำและการใช้พลังงานมีข้อดี แต่ชิปที่ผลิตมีแอปพลิเคชั่นในอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ยานยนต์โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายผู้บริโภคและสาขาอื่น ๆ รวมถึงพลังของยักษ์เช่น Samsung, GF, IBM, ST การผลักดันได้เปิดโลกในตลาด อย่างไรก็ตามทหารผ่านศึกอุตสาหกรรมชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากค่าวัสดุพิมพ์สูงมันจึงยากที่จะทำให้ขนาดเล็กลงเมื่อมันเคลื่อนขึ้นด้านบนและระดับสูงสุดคือ 12nm ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะดำเนินการในอนาคต
ถึงแม้ว่า FinFET จะเป็นผู้นำในการแข่งขัน "สองทางเลือกหนึ่ง" ด้วยการใช้ Internet of Things, ปัญญาประดิษฐ์และการขับขี่ที่ชาญฉลาด แต่ก็นำความท้าทายใหม่ ๆ มาสู่ IC โดยเฉพาะต้นทุนการผลิตและการวิจัยและพัฒนาของ FinFET กำลังสูงขึ้นเรื่อย ๆ 5nm ยังคงสามารถก้าวหน้าไปได้มาก แต่การไหลของประวัติกระบวนการดูเหมือนจะกำหนดเป็น "เปิด" อีกครั้ง
ทำไมต้อง GAA
ด้วย Samsung เป็นผู้นำและการติดตามกับ Intel ทำให้ GAA กลายเป็นคนธรรมดาที่จะเข้าครอบครอง FinFET
ความแตกต่างจาก FinFET คือมีประตูรอบทั้งสี่ด้านของช่องทางออกแบบ GAA ซึ่งจะช่วยลดแรงดันไฟฟ้ารั่วและปรับปรุงการควบคุมช่องสัญญาณ นี่เป็นขั้นตอนพื้นฐานเมื่อลดโหนดกระบวนการ ด้วยการออกแบบทรานซิสเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นประกอบกับโหนดขนาดเล็กทำให้สามารถใช้พลังงานได้ดีขึ้น
ผู้อาวุโสยังกล่าวว่าพลังงานจลน์ของโหนดกระบวนการคือการปรับปรุงประสิทธิภาพและลดการใช้พลังงาน เมื่อโหนดกระบวนการก้าวหน้าไปเป็น 3nm เศรษฐกิจ FinFET จะไม่สามารถทำได้อีกต่อไปและจะเปลี่ยนเป็น GAA
Samsung มองโลกในแง่ดีว่าเทคโนโลยี GAA สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 35% ลดการใช้พลังงานลง 50% และพื้นที่ชิป 45% เมื่อเทียบกับกระบวนการ 7nm มีรายงานว่าชิปสมาร์ทโฟนซัมซุง 3nm รุ่นแรกที่มาพร้อมกับเทคโนโลยีนี้จะเริ่มการผลิตจำนวนมากในปี 2564 และชิปที่มีความต้องการมากขึ้นเช่นโปรเซสเซอร์กราฟิกและชิป AI ศูนย์ข้อมูลจะผลิตเป็นจำนวนมากในปี 2565
เป็นที่น่าสังเกตว่าเทคโนโลยี GAA นั้นมีหลายเส้นทางและรายละเอียดในอนาคตจะต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติม ยิ่งไปกว่านั้นการเปลี่ยนมาใช้ GAA นั้นไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรม คนในวงการชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้ทำให้ความต้องการที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์ มีรายงานว่าผู้ผลิตอุปกรณ์บางรายกำลังพัฒนาอุปกรณ์แกะสลักและฟิล์มบางเป็นพิเศษอยู่แล้ว
ภูเขาซินหัวด้วยดาบ?
ในตลาด FinFET นั้น TSMC โดดเด่นและ Samsung และ Intel ต่างก็ดิ้นรนไล่ตาม ตอนนี้ดูเหมือนว่า GAA อยู่ในสตริงแล้ว คำถามคือจะเกิดอะไรขึ้นกับทางตันของ "สามก๊ก"?
จากบริบทของซัมซุงซัมซุงเชื่อว่าการเดิมพันเทคโนโลยี GAA เป็นหนึ่งหรือสองปีข้างหน้าคู่แข่งและมันจะวางลงและรักษาความได้เปรียบผู้เสนอญัตติแรกในสาขานี้
แต่ Intel ก็มีความทะเยอทะยานโดยมีเป้าหมายที่จะฟื้นความเป็นผู้นำใน GAA Intel ประกาศว่าจะเปิดตัวเทคโนโลยีกระบวนการผลิต 7nm ในปี 2021 และจะพัฒนา 5nm ตามกระบวนการ 7nm คาดว่าอุตสาหกรรมจะเห็นกระบวนการ 5nm "กำลังการผลิตที่แท้จริง" โดยเร็วที่สุดในปี 2023
แม้ว่า Samsung จะเป็นผู้นำในเทคโนโลยี GAA โดยพิจารณาจากความแข็งแกร่งของ Intel ในด้านเทคโนโลยีกระบวนการ แต่ประสิทธิภาพของกระบวนการ GAA นั้นดีขึ้นหรือชัดเจนยิ่งขึ้นและ Intel ก็ต้องใคร่ครวญตนเองและไม่ไปตามเส้นทาง "Long March" ของกระบวนการ 10nm
ในอดีต TSMC ต่ำมากที่สำคัญและระมัดระวัง แม้ว่า TSMC ประกาศว่ากระบวนการ 5nm สำหรับการผลิตจำนวนมากในปี 2020 ยังคงใช้กระบวนการ FinFET แต่คาดว่ากระบวนการ 3nm จะก้าวหน้าไปสู่การผลิตจำนวนมากในปี 2023 หรือ 2022 กระบวนการ ตามที่เจ้าหน้าที่ของ TSMC เปิดเผยรายละเอียดของ 3nm ของมันที่ North American Technology Forum ในวันที่ 29 เมษายนตอนนั้น TSMC จะเสนอเทคนิคแบบใด?
การต่อสู้ของ GAA ได้เริ่มขึ้นแล้ว