在全球芯片短缺沒有減緩跡象的情況下，IBM公司和總部位于瑞士的意法半導(dǎo)體日前選擇不再等待臺(tái)積電制造的芯片，而是將代工訂單交給三星電子。此外，這是意法半導(dǎo)體首次將其主要客戶所需微控制器單元(MCU)的生產(chǎn)外包。這些采用16納米制造工藝的微控制器將用于蘋果公司的下一代iPhone。其他公司也有意將芯片生產(chǎn)外包給三星。消息人士稱，美國(guó)超微半導(dǎo)體公司也正在考慮向三星發(fā)出中央處理器代工訂單。

1965 年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家戈登 · 摩爾提出著名的摩爾定律假設(shè)：

集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過 18 個(gè)月便會(huì)增加一倍，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和存儲(chǔ)容量也翻一番。

然而當(dāng)前可以塞進(jìn)單個(gè)芯片的晶體管數(shù)量幾乎達(dá)到了極限。為了延續(xù)摩爾假設(shè)的速度和計(jì)算能力的進(jìn)步，我們需要制造具有多達(dá) 1000 億個(gè)晶體管的芯片。

VTFET技術(shù)工藝通過放寬晶體管門長(zhǎng)度、間隔厚度和觸點(diǎn)尺寸的物理限制來解決縮放障礙，并在性能和能耗方面對(duì)這些功能進(jìn)行優(yōu)化。

通過 VTFET，IBM 和三星成功地證明了在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，探索納米片技術(shù)以外的縮放性能是可能的。

IBM 和三星合作研究的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的突破性進(jìn)展，有助于摩爾定律在未來幾年保持活力，并重塑半導(dǎo)體行業(yè)。

IBM 和三星在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)上再取得新進(jìn)展!據(jù)這兩家公司稱，他們研發(fā)出了一種在芯片上垂直堆疊晶體管的新設(shè)計(jì)。而在之前的設(shè)計(jì)中，晶體管是被平放在半導(dǎo)體表面上的。

新的垂直傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (VTFET) 設(shè)計(jì)旨在取代當(dāng)前用于當(dāng)今一些最先進(jìn)芯片的 FinFET 技術(shù)，并能夠讓芯片上的晶體管分布更加密集。這樣的布局將讓電流在晶體管堆疊中上下流動(dòng)，而在目前大多數(shù)芯片上使用的設(shè)計(jì)中，電流則是水平流動(dòng)的。半導(dǎo)體的垂直設(shè)計(jì)開始已久，并從現(xiàn)在通用的FinFET技術(shù)中獲得了一定的靈感。據(jù)悉，盡管其最初的工作重點(diǎn)是芯片組件的堆疊而不是優(yōu)化晶體管的排布，英特爾未來將主要朝著這個(gè)方向進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)。

當(dāng)然這也有據(jù)可循：當(dāng)平面空間已經(jīng)更難讓晶體管進(jìn)行堆疊時(shí)，唯一真正的方向(除了物理縮小晶體管技術(shù))是向上。雖然我們距離實(shí)際消費(fèi)類芯片中使用 VTFET 設(shè)計(jì)還有很長(zhǎng)的路要走，但英特爾和三星兩家公司正強(qiáng)勢(shì)發(fā)聲。他們指出 VTFET 芯片可以讓設(shè)備“性能提高兩倍或能源使用減少 85%”。

IBM 和三星還雄心勃勃地提出了一些大膽的想法，比如“手機(jī)充一次電用一周”。這能讓能源密集型的產(chǎn)業(yè)能耗大幅降低，比如數(shù)據(jù)加密;同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)甚至也可以為更強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備甚至航天器賦能。IBM此前曾在今年早些時(shí)候展示過它的首款 2nm 芯片。該芯片采用了與之前不同的方式來填充更多晶體管，方法是使用現(xiàn)有的 FinFET 設(shè)計(jì)擴(kuò)大可以安裝在芯片上的數(shù)量。然而，VTFET技術(shù)則是更進(jìn)一步，盡管距離我們看到使用這項(xiàng)技術(shù)的芯片面世還有很長(zhǎng)一段時(shí)間。然而IBM也不是唯一一家展望未來生產(chǎn)的公司。英特爾在今年夏天公布了其即將推出的 RibbonFET(英特爾首款全環(huán)柵晶體管)設(shè)計(jì)，這是其在FinFET技術(shù)上獲得的專利。這項(xiàng)技術(shù)將成為英特爾 20A 代半導(dǎo)體產(chǎn)品的一部分，而20A代芯片則計(jì)劃于 2024 年開始量產(chǎn)。最近，IBM還宣布了自己的堆疊晶體管技術(shù)計(jì)劃，并將其作為RibbonFET未來的次世代產(chǎn)品。

在近日舉行的2021 IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM)上，英特爾介紹了在封裝、晶體管和量子物理學(xué)方面的關(guān)鍵技術(shù)，概述了其未來技術(shù)發(fā)展方向。IBM則與三星攜手，推出了下一代半導(dǎo)體芯片技術(shù)：垂直傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VTFET)。這項(xiàng)突破性的新技術(shù)允許晶體管垂直堆疊，與按比例縮放的FinFET相比，性能可實(shí)現(xiàn)翻倍，或?qū)⒑哪芙档?5%。

一般情況下，晶體管是以水平方式構(gòu)建，電流從一側(cè)橫向?qū)蛄硪粋?cè)。通過垂直傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管，實(shí)現(xiàn)了垂直構(gòu)建并將晶體管分層，允許電流在晶體管中上下流動(dòng)，擺脫了過去橫向布局和電流導(dǎo)向的限制。技術(shù)人員通過放寬晶體管門長(zhǎng)度、間隔厚度和觸點(diǎn)尺寸的物理限制，以解決縮放障礙，并在性能和功耗方面加以優(yōu)化。利用VTFET技術(shù)，不但能縮小芯片的面積，還能提高能效或提供更強(qiáng)的性能。

國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)去年已超越新加坡的特許半導(dǎo)體公司，成為全球第三大代工芯片制造商，僅次于臺(tái)積電公司和聯(lián)電公司，且IBM將繼續(xù)以搶臺(tái)積電的生意為目標(biāo)。 IBM去年的芯片銷售達(dá)7.6億美元，高于特許半導(dǎo)體的4.49億美元。IBM在紐約州東費(fèi)許基爾的新廠，已能以低廉價(jià)格生產(chǎn)若干最先進(jìn)的芯片，「IBM的技術(shù)已比特許半導(dǎo)體先進(jìn)許多」。臺(tái)積電去年仍以46.55億美元的銷售，高居全球最大晶圓代工廠寶座，聯(lián)電以19.5億美元居次。 IBM已可生產(chǎn)電晶體電路寬度0.13微米的芯片，是目前最先進(jìn)的商業(yè)化技術(shù);特許的主要生產(chǎn)技術(shù)則為0.25微米到0.35微米。特許上月公布連續(xù)第九季的虧損，且市場(chǎng)預(yù)期該公司營(yíng)運(yùn)要到今年稍晚才會(huì)回升。IBM將把目標(biāo)放在加緊和全球最大芯片代工廠臺(tái)積電搶生意。 在半導(dǎo)體業(yè)遭逢歷來最嚴(yán)重的不景氣之際，臺(tái)積電的獲利仍維持不墜，不過IBM與全球最大計(jì)算機(jī)繪圖芯片制造商恩維迪亞公司(Nvidia)簽訂數(shù)年的芯片合約;臺(tái)積電原本是恩維迪亞的獨(dú)家供應(yīng)商。

IBM以市場(chǎng)獲利最高的部分為目標(biāo)，臺(tái)積電和IBM之間將有一場(chǎng)大戰(zhàn)。臺(tái)積電和聯(lián)電的銷售仍然遠(yuǎn)超過IBM，今年第一季臺(tái)積電營(yíng)收11.31億美元，聯(lián)電以5.15億美元居次，IBM的微電子部門為1.95億美元，其次為特許的1.42億美元，和南韓東部安南公司(Dong-bu/Anam)的8,500萬(wàn)美元。2002年五大芯片制造商的營(yíng)收排名和第一季相同。臺(tái)積電的成長(zhǎng)速度驚人，在1999年，臺(tái)積電的銷售只比聯(lián)電多15%，去年和今年第一季已是聯(lián)電的兩倍多。不過，聯(lián)電今年的預(yù)期銷售仍將達(dá)到IBM微電子部門的兩倍多。聯(lián)電今年上半年的預(yù)期銷售可達(dá)11.65億美元，IBM的代工芯片銷售則可能達(dá)到4.3億美元。

周三(19日)，據(jù)日經(jīng)新聞報(bào)道，韓國(guó)科技巨頭——三星電子為美國(guó)IBM代工生產(chǎn)最尖端半導(dǎo)體芯片。報(bào)道稱，未來三星將使用名為“EUV(極紫外線)”的新一代制造技術(shù)，量產(chǎn)由IBM設(shè)計(jì)的服務(wù)器用CPU。此外，IBM也表示，該公司計(jì)劃在明年下半年上市的服務(wù)器上直接線寬7納米的CPU，所以這一次委托三星量產(chǎn)CPU。值得一提的是，圖表視界注意到，這不是什么大的、最新的新聞，要知道，早在2018年的12月，當(dāng)時(shí)IBM就宣布，將與三星代工一起合作開發(fā)下一代高性能Power系列、Z系列和LinuxONE微處理器，同時(shí)雙方的合作還將擴(kuò)展到下一個(gè)十年。此外，就在當(dāng)時(shí)，IBM還宣布，下一代的Power10計(jì)劃在2020年至2021年推出，采用三星7nm EUV工藝。

那么三星和臺(tái)積電未來誰(shuí)將拿下更多的芯片代工生產(chǎn)呢?

就目前來看，作為當(dāng)前全球唯二的能提供7nm晶圓代工的企業(yè)，臺(tái)積電幾乎拿下了全球絕大部分的訂單。特別地，臺(tái)積電還已經(jīng)開始為美國(guó)蘋果公司量產(chǎn)線寬5納米的CPU，與此同時(shí)，臺(tái)積電還接到其他半導(dǎo)體廠商，例如：海思、賽靈思、英偉達(dá)、AMD等多家企業(yè)的芯片訂單。也正式因?yàn)檫@樣，所以三星也開始有些“著急”，而這一次，三星直接通過從服務(wù)器CPU領(lǐng)域具有影響力的IBM手中，接到最尖端芯片的訂單，其實(shí)是“醉翁之意不在酒”。三星目的很明顯，就是要向全球以及各大企業(yè)證明、彰顯自己不俗的芯片技術(shù)實(shí)力，最終希望能通過這個(gè)方法獲得全球更多其他客戶。對(duì)此，你怎么看?你認(rèn)為，三星能否在芯片代工領(lǐng)域和臺(tái)積電PK呢?你認(rèn)為，最后結(jié)果會(huì)如何?