挑戰摩爾定律，3nm工藝提前到來
昨日，三星表示將於2020年大規模量產3nm工藝，這比預期要快的多。作為7nm製程以內的兩名玩家，台積電也已經著手建設3nm晶圓廠。在3nm工藝節點上，誰能更先一步？
12月11日，三星晶圓代工業務負責人Eun Seung Jung在IEDM會議上表示，三星已經完成了3nm工藝技術的性能驗證，並且在進一步完善該工藝，目標是在2020年大規模量產。
三星的3nm將是第一個使用該公司自己的GAAFET實現的節點，稱為MBCFET（multi-bridge-channel FETs），並且至少包含兩種工藝技術：3GAAE和3GAAP（3nm gate-all-around early/plus）。
早在今年9月份，三星宣布在2020年開始使用其3nm節點進行風險試產，這比之前的預期至少提前一年。 而如今，三星的雄心是在2020年量產3nm工藝，這個進度比預期的要快得多了。
彌補內存降價的損失
眾所周知，過去兩年DRMA內存晶元的價格一直處於上揚狀態，但在今年10月份，DRMA內存晶元的漲價潮結束。日前，花旗集團給出的預測是明年DRAM內存至少會降價30%。對於DRAM廠商來說，內存降價是他們極不願意看到的，特別是第一大內存供應商三星，DRAM晶元佔了三星公司半導體業務營收的85%。
既然DRAM內存晶元大幅降價趨勢的已現，那麼三星只能在別的領域尋找機會，藉此彌補RAM內存降價導致的損失。毫無疑問，晶圓代工業務正是三星彌補損失的突破口，那3nm工藝製程的研發就不得不加快腳步，搶先台積電了。
根據IC Insights預測，2018年全球純晶圓代工市場將增加42億美元，達到590億美元的規模，較2017年成長8%；中國將佔全部成長(42億美元)的90%。全球純晶圓代工龍頭——台積電(TSMC)今年在中國大陸的銷售額將成長79%約18億美元，達到67億美元。IC Insight預計，台積電今年所有的銷售成長基本上來自中國大陸。
隨著近年來中國無晶圓廠IC設計公司的崛起，在全球純晶圓代工市場的佔有率一直在快速成長中。但在2018年，中國純晶圓代工業務預計將以最快的速度——51%成長，達到112.5億美元，超過北美以外的其他市場，且大幅超越整體純晶圓代工市場預期成長率(8%)的6倍多。
這意味著全球晶圓代工市場，尤其是中國大陸代工市場是一塊巨大且在增長的蛋糕。對於三星來說，眼看台積電被喂肥是其不能接受的。
另一方面，三星在晶圓代工業務上頗有積澱，之前在32nm、14nm及10nm節點上，三星都是率先量產。只不過7nm節點上三星進度稍落後於台積電，自家的Exynos 9820處理器沒有趕上7nm EUV工藝，以致蘋果訂單都被台積電奪去。
台積電3nm工藝計劃
今年8月份，台積電公布了3nm製程工藝計劃，目前台南園區的3nm晶圓工廠已經通過了環評初審，台積電計劃投資約為194億美元，2020年開始建廠，2021年完成設備安裝，預計最快2022年底到2023年初投產。
按照台積電的報道，他們已經投入了數百名工程師資源進行早期研發，而晶圓工廠也將落戶南科台南園區，佔地28公頃，位置緊鄰台積電的5nm工廠。目前台灣環保部門已經通過了「台南科學園區二期基地開發暨原一期基地變更計畫環差案」的初審，預計在2020年交地給台積電建設工廠。
南科管理局長林威呈表示，由於園區產業的發展需求，為了確保世界先進位程的領先優勢，提出了「台南科學園區二期基地開發暨原一期基地變更計劃環差案」，一方面檢討園區土地使用分區計劃，另一方面也是為了引進先進位程的需求，提出園區用水量、用電量、污水放流量、土方等的變更。
3nm技術可以說已經接近半導體工藝的物理極限，而其目前也處於實驗室階段，台積電資深處長莊子壽坦言：「3nm製程技術難度高，是很大挑戰。」
結語：
目前來看，台積電已經著手建了3nm晶圓廠，三星也表態2020年量產3nm工藝。但沒有量產之前，誰離3nm工藝更近我們不得而知，畢竟世事難料，英特爾的7nm工藝到現在也沒出來。
有人曾指出，3nm晶元製程工藝將是摩爾定律的極限。目前來看廣義的摩爾定律仍然存在，也許在3nm之後，還會有2nm甚至是1nm工藝製程的出現。至於那時候半導體晶元行業將會如何發展?科學技術將會發展到什麼地步?就只能在未來科技創新的路上尋求答案了。
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