韩联社11月14日消息，三星电子副董事长李在镕启程前往美国和加拿大，这是他8月获得假释后首次海外商务旅行。早先时间，三星电子也曾向美国提交了其芯片业务的信息，虽然消息称其隐瞒了一些被视为商业机密的关键数据。三星电子与美国的走动与其准备在美建造芯片代工厂的计划相关。

今年5月，三星电子宣布将投资170亿美元在美国得克萨斯州泰勒市建立一家生产尖端逻辑芯片的工厂，目的是为了加强三星在美芯片的供应能力，以及满足美国将更多芯片制造从亚洲带回国内的需求。

10月，三星电子表明将在2022年生产一批世界上最先进的逻辑微处理器（logic microprocessors），同时宣布计划2025年开始量产两纳米级芯片。三星电子如此计划，一大部分原因是其3nm制造技术已经正式流片，也就是说三星电子开始试生产3nm芯片。

图源：网络

根据测试结果，三星电子的高层也表示，目前三星电子的3nm制程工艺良品率稳定。虽然，三星电子方面并未透露关于3nm芯片制程工艺客户的消息，但根据DIGITIMES 报道，AMD和高通很有可能成为三星3nm芯片制程工艺的首批客户。

三星电子的3nm芯片制程工艺采用的是全环绕栅极晶体管技术（GAA）。这个3nm指的是晶体管栅极的最小宽度。晶体管全称场效应晶体管（FET），通过对栅极施加一个电压，在渠道的内部形成一个电场，用来调节源漏极之间的电流大小，达到控制电流大小和开关的目的。栅极对通道的控制能力是影响FET效率的的重要因素。

电流在经过栅极时会有损耗，损耗的高低与栅极的宽度成正比。因此，制成工艺的迭代实际上就是在不断减小栅极的宽度。鳍式场效应晶体管技术（FinFET）出现之前，基本上使用的都是平面型晶体管。平面型晶体管电流只能在栅极的一侧进行控制，且栅极的的宽度无法无限制缩窄，易产生短沟道效应，从而出现严重的漏电现象，使芯片发热和耗电失控。

图：平面型晶体管示意图

图源：百度百科-平面晶体管

1998年，DARPA出资赞助胡正明教授带领研究小组研究CMOS工艺技术如何拓展到25nm领域。胡正明教授在三维结构的MOS晶体管和双栅MOSFET结构的基础上提出自对准的双栅MOSFET结构，因为该晶体管的结构类似鱼鳍，所以被称为鳍式场效应晶体管技术（FinFET）。1999年，胡正明教授研究小组成功制造出第一个P型FinFET开发出鳍式场效应晶体管技术（FinFET）[1]。

平面结构变成立体结构，栅极的形状得到改制，可在电路两侧控制电流的通与断，减少栅极宽度的同时降低漏电率。Fin FET的源漏极是在栅极做好后直接在鳍上外延生长，栅极阻断后不会出现扩散层，因此不会出现短沟道效应。但随着栅极宽度的不断减小，很难在一个单元内填充多个鳍线，静电问题也严重制约了性能的提升。

图：英特尔公布的FinFET的电子显微镜照片

所以5nm成了Fin FET制程工艺的极限，要突破，三星电子此次3nm芯片制程工艺采用的全环绕栅极晶体管技术（GAA）便是最优选。与Fin FET相比，GAA的栅极可以从各个侧面接触沟道并实现进一步微缩，阈值电压可以低至0.3V，3nm GAA FET和3nm FinFET相比，能以更低的待机功耗实现更好的开关效果[2]。

图：平面型晶体管、FinFET、GAAFET对比

根据源极和漏极之间通道的长宽比，GAA FET可以分为纳米线结构和纳米片结构，后者使用更宽更厚的线/片来改进静特性和驱动电流。因优良性能，英特尔已经对外宣布计划在Intel 20A工艺时全面放弃FinFET，而改用RibbonFET晶体管，即GAA的英特尔实现方式。虽然台积电也曾表示其使用的3nm制程工艺会沿用FinFET的扩展和改进版本，但并不能排除其未来会推出使用GAA FET技术的3nm工艺。而且，制程工艺进入2nm后，FinFET就不能再为芯片制造出力，GAA FET技术将“统领江湖”。

图：三种晶体管技术效能对比

当然，GAA FET也有一些不确定性因素，所以才使其不能在现阶段就全面替代FinFET。技术点的创新产生的技术效果的迭代，可能在外的体现会是有更方便的使用方式、更高效的使用性能，但在内的体现往往却是向更复杂转变。GAA FET便是如此。虽然其性能更优，但其制造流程的复杂性大大增加，从而导致良品率不稳定，成本也很难控制。

生产晶圆时，刻蚀是至关重要的一步。如果没有做好，实际刻蚀的微结构会偏离最初的设计，最终加工制作失败。因此GAA FET如果要全面替代FinFET，需要在半导体材料、光刻技术、减少纳米片损坏等多个领域有相应的提升和迭代。

三星宣布其未来的芯片制造计划以及预计投入的高额资金，也是基于其3nm芯片制程工艺采用的是未来很有可能会统领整个芯片制造工艺的技术。但是三星电子的3nm工艺的芯片很有可能只是用于存储芯片。

纵观三星电子的产品线，主要分为成套设备和设备元件两大模块。成套设备即我们常见的三星手机、电视、家电等，设备的元件则包含液晶屏、存储芯片、存储器等。元件部门的产品，三星电子除了用于自家产品，也会供货给苹果等外部的客户。

成套设备除了手机外，给三星电子带来的更多是品牌价值和智能互联方面的助力，真正能为其提供高利润的是手机业务，尤其是最近推出的折叠手机给三星电子带来了极高的利润。但在三星电子的整体业务架构中，半导体业务尤其是存储相关的半导体业务才是核心，并为其创造了约48.2%的营业利率。

全球存储芯片发展速度增加，各国和各大企业建设数据处理中心的需求增长，伴随着芯片制作行业的整合，存储芯片的竞争也在加大。而且目前来看，全球芯片制造的发展趋势基本上都集中在更小的栅极、更好的刻蚀、更优的封装上，芯片微型化越来越极端，参与到存储芯片赛道的竞争对手越来越多，三星电子能否在其中保持优先很难保证。尤其是当该项业务和技术已经成熟后，能否获得更高的利润是不确定的。

在李在镕宣布进行3nm 芯片甚至2nm 芯片制造以及预计开始进行尖端逻辑芯片制造前，三星电子其实有往为用户提供服务方向发展，即发展内容服务。这有点类似苹果向其用户提供的内容服务，但是三星电子的计划不像苹果的那样顺利，反而落得个“流产”的结局。

2014年，三星电子曾推出名为Milk music的与其他音乐流媒体类似的音乐服务，但这项服务的回报率很低，最终在当年10月停止。这也不是三星电子唯一关停的内容服务，聊天、视频、云存储等内容服务都尝试过，但最后都以关停结束。目前，智能手机的热门应用软件中，几乎没有来自三星电子的产品。在硬件方面几乎可以说是独占鳌头的三星电子，在提供内容服务方面，可以说是惨败。

图：三星电子推出milk music时的宣传界面

虽然也有报道称三星电子放弃内容服务可能是来自于合作方例如谷歌的威压，但综合原因还是在于三星电子的历史传统和企业文化。目前掌控三星电子的李在镕由于早先投资时受到挫败，对软件服务的提供上保持谨慎态度。

再加上三星电子合作的大多数企业都是拥有完备的软件开发和内容服务提供团队，如果自己的合作方也开始加入“角逐”，很多企业更愿意转身寻找其他更“价廉物美”的设备企业合作。所以三星电子放弃内容服务的发展计划，转而向更深层次的芯片制程工艺出发也是情理之中。

虽然三星电子在存储芯片方面的技术积累和实力不容小觑，但全球半导体市场中，有近70%是属于非存储芯片的。也就是说，三星电子即便投入全部的生产和研发到存储芯片中，并成为全球独一家的储存芯片制造企业，也只能拿到30%，而这30%还有可能在不断发展中被挤压。

2010年后，进军智能手机行业的三星电子与苹果正面对冲的结果是失去了继续获得对方芯片订单的可能，同时无意间培养了如今自己最强劲的竞争对手——台积电。再加上不同于三星电子“全面开花，软硬双抓”的产品研发和制造业务，只做芯片制造的台积电逐渐在全球芯片行业独占鳌头。

从2020年的全球数据来看，三星电子的芯片营收560亿美元，增速7.7%，而台积电虽然营收只有474亿元美元，增速却有50%。而且从技术上来看，台积电的逻辑芯片生产能力高于三星电子，其拥有的客户也都是龙头企业，所以三星电子想要在逻辑芯片领域占有更多的市场份额和更多的合作企业，还需要下一番功夫。

至少目前来看，在无法实现业务拆组和子母公司分离的情况下，三星电子很有可能会考虑通过收购其他公司来实现转型向非存储芯片代工的计划目标。也有消息称，三星电子确实在考虑收购方案，潜在的目标是荷兰的市值约500亿美元的恩智浦公司（NXP）。

总的来说，三星电子宣布的进军逻辑芯片和开始生产更小纳米级芯片的发展计划是完成其未来转型的重要战略之一，同时也是其与台积电共同竞争全球芯片市场的必然结果。目前，就三星电子自己公布消息来看，英伟达、特斯拉已经成为其客户。

2019年启动的“半导体2030计划”在三星电子宣布开始试生产3nm芯片并且采用GAA技术后很可能会获得突飞猛进的进展，届时苹果是否会再次与三星电子达成合作、全球半导体市场的谁称“王”谁追赶将变得更难预测。

半导体行业可以说是构成新兴技术如AI、HPC、5G等迈向更深入的基础，企业甚至是国家在该行业的发展水平和技术研发和制造能力，是其参与全球竞争时能否获得先机、能领跑赛道的关键。谁先在更深和更尖端的领域获得突破，谁就有可能获得对该领域的控制权，而这个控制的存在对其他任何企业和国家都是不容忽视的。

我国企业虽然也有在不断研发拥有自主知识产权的芯片以及配套的制造工艺，但还是有很长的时间和很高的难关需要攻克，不可因为一点成就沾沾自喜，甚至觉得可以改变全球竞争格局。未来，在半导体行业，中国和中国的企业更多的应该是创造（“create”），而不是买入（“buy”）。

5nm芯片的竞争白热化，3nm、2nm甚至更小芯片的竞争也风烟正起，如何在这场较量中拔得头筹，将会是未来很长一段时间内，半导体行业企业为之奋斗的目标。

1.知乎：温戈《FinFET工艺技术详解》

2.网易：号电脑爱好者《解锁下一代制程工艺的钥匙！GAA FET晶体管技术到底是个啥？

3.360个人图书馆：中山春天鸣奏曲《一文看懂半导体行业现状》

4.天极网：《GAAFET晶体管时代即将到来！但FinFET仍是主流》

5.百家号：互联狗《全球首款3nm芯片！三星放大招了》

6.360个人图书馆：tldom《不得不看的芯片制造全工艺流程》

7.百家号：IT之家《再次拯救摩尔定律：一文了然GAA芯片技术》

8.百家号：蒋东文《三星3nm杀到，全球芯片格局将迎巨变！》

9.经济学人：《Samsung Electronics-THE third star》

10.雪球：脑极体《方寸之困：纳米级芯片通关路》