FinFET到了历史的尽头？

一切历史都是当代史。

如果说在2019 年年中三星宣称将在2021年推出其“环绕式栅极（GAA）”技术取代FinFET晶体管技术，FinFET犹可淡定；而到如今，英特尔表示其5nm制程将放弃FinFET而转向GAA，就已有一个时代翻篇的迹象了。三大代工巨头已有两大厂商选择了GAA，作为代工老大的台积电路线虽“按兵不动”，但似乎已无悬念，FinFET真的走到历史的终结了吗？

FinFET的荣光

毕竟当FinFET以“拯救者”的形象登场时，它承载着摩尔定律持续向前攻伐的重要“使命”。

随着制程工艺的升级，晶体管的制造愈加困难。1958年的第一个集成电路触发器仅由两个晶体管构建而成，而如今芯片已包含超过10亿个晶体管，这一动力来自于摩尔定律指挥下的平面硅制造工艺的不断进阶。

而当栅极长度逼近20nm大关时，对电流控制能力急剧下降，漏电率相应提高，传统的平面MOSFET结构看似走到“尽头”。业界大拿胡正明教授提出了两种解决途径：一种是立体型结构的FinFET晶体管，另一种是基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术FD-SOI晶体管技术。

FinFET和FD-SOI使摩尔定律得以延续传奇，之后两者却走出了不同的发展道路。FinFET工艺先拔头筹，英特尔最早于2011年推出了商业化的FinFET工艺技术，显著提高了性能并降低了功耗，之后台积电采用 FinFET 技术亦取得了巨大的成功，随后FinFET大放异彩，成为全球主流晶圆厂的“不二”选择。

相较之下，FD-SOI工艺似乎一直活在FinFET的阴影中。尽管其工艺漏电率低，功耗亦有优势，制成的芯片在物联网、汽车、网络基础设施、消费类等领域均有用武之地，加上三星、格芯、IBM、ST等巨头的力推，在市场业已打开了一片天地。但业内资深人士指出，由于其衬底成本高，越往上走的尺寸越难以做小，最高水平最多走到12nm，后续难以为继。

尽管FinFET在“二选一”的对垒中先声夺人，但伴随着物联网、人工智能、智能驾驶等应用对IC提出了全新挑战，尤其是FinFET的制造、研发成本越来越高，FinFET虽到7nm及5nm犹能高歌猛进，但工艺历史的流向似已然注定再次“转向”。

为何是GAA？

随着三星率先“垂范”，以及英特尔的跟进，GAA已俨然成为接棒FinFET的新贵。

与FinFET的不同之处在于，GAA设计通道的四个面周围有栅极，减少漏电压并改善了对通道的控制，这是缩小工艺节点时的基本步骤。通过使用更高效的晶体管设计，加上更小的节点，将能实现更好的能耗比。

资深人士对此也提及，工艺节点不断前进的动能在于提升性能、降低功耗。而当工艺节点进阶到3nm时，FinFET经济已不可行，将转向GAA。

三星就乐观认为，GAA技术相比7nm制程能够提升35%的性能、降低50%的功耗以及45%的芯片面积。据悉，搭载此项技术的首批3nm三星智能手机芯片将于2021年开始批量生产，而对于性能要求更高的芯片如图形处理器和数据中心的AI芯片将于2022年量产。

值得注意的是，GAA技术也有几种不同的路线，未来的细节有待进一步验证。而且，转向GAA无疑涉及架构的改变，业内人士指出这对设备提出了不同的要求，据悉一些设备厂商已在开发特殊的刻蚀、薄膜设备在应对。

新华山论剑？

在FinFET市场，台积电一支独秀，三星、英特尔在奋力追赶。如今看来GAA已箭在弦上，问题是胶着的“三国杀”又会呈现怎样的此消彼长？

从三星的语境来看，三星自认押注的GAA技术领先对手一两年，将在这一领域奠定和保持其先发优势。

但英特尔亦是雄心勃勃，意在GAA上重夺领导地位。英特尔宣称将在2021年推出7nm制程技术，并将在7nm制程的基础上发展5nm。业内估计最快2023年就能初见其5nm工艺“真容”。

尽管三星是GAA技术的领头羊，但考虑到英特尔在工艺技术上的实力，其GAA工艺性能提升或更趋明显，而英特尔也要自省不再走10nm工艺的“长征”之路。

以往踌躇满志的台积电此次反而异常低调与谨慎，尽管台积电宣称2020年准备量产的5nm制程依旧采用FinFET工艺，但预计其3nm工艺将于2023年甚至会提前至2022年量产，只是尚未公布预计的制程方式。根据台积电官方的说法，其3nm相关细节将在4月29日的北美技术论坛上公布。届时，台积电又会祭出怎样的奇招呢？

GAA的战役已然硝烟四起。