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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-06-27 10:12
早前，三星舉辦了代工論壇。
對于三星來說，舉辦此類活動的關(guān)鍵在于重新調(diào)整行業(yè)對該公司競爭力和產(chǎn)能的預(yù)期。很難不注意到合作伙伴在為其最新和最出色的 AI 芯片選擇競爭對手時，三星希望從 AI 初創(chuàng)公司、汽車客戶、智能手機等眾多高性能設(shè)計中獲得支持，并且該公司擁有對電源、高壓和 RF 解決方案至關(guān)重要的大量傳統(tǒng)工藝節(jié)點基礎(chǔ)。
三星在此次活動中發(fā)布的重點是其 SF2Z 工藝節(jié)點的路線圖。其中，“SF”代表三星代工廠，“2”代表 2nm 級，Z 代表背面供電。SF2Z 將是集成該代 Gate-All-Around 技術(shù)（三星稱之為 MBCFET）的節(jié)點，然后是 BSPDN，以提高性能和能效。
在本文，我們將會深入討論一些細節(jié)，但這里的關(guān)鍵日期是 2027 年——三星預(yù)計將在 SF2Z 時進行量產(chǎn)。這將是在該公司量產(chǎn)許多其他 SF2 級節(jié)點之后。SF1.4，也就是更早的節(jié)點，也將于 2027 年開始風(fēng)險生產(chǎn)。
三星代工廠：擴張
鑒于《CHIPS法案》資金將流向三星，確定三星設(shè)施所在地至關(guān)重要。三星的大部分傳統(tǒng)和前沿技術(shù)都位于韓國，分布在三個城市：
器興，6號線，65nm-350nm：傳感器，電源IC
器興，S1 線，8nm：智能手機、數(shù)據(jù)中心、汽車
華城，S3線，3nm-10nm
平澤 S5 線 1 期 + 2 期
平澤S5號線三期建設(shè)中
三星在美國也有兩個工廠：
奧斯?。ǖ驴怂_斯州），S2 線，14nm-65nm：智能手機、數(shù)據(jù)中心、汽車
泰勒（德克薩斯州），宣布新建 4 座晶圓廠，可容納 10 座。將包括 SF2、SF4、FDSOI、封裝
三星目前的封裝設(shè)施位于韓國，但同時也擁有全球 OSAT 合作伙伴的巨大影響力。泰勒的擴張計劃將成為該公司在韓國境外進行的最大規(guī)模擴張，計劃為任何美國企業(yè)提供現(xiàn)場全面運營，而無需借助亞洲。
制造技術(shù)路線圖
與其他代工廠一樣，三星依靠一系列主要的系列工藝節(jié)點，從中衍生出許多變體。在這種情況下，主節(jié)點是 SF4 和 SF2。
SF4 系列：FinFET
2021：SF4E（E = Early）
2022 年：SF4
2023 年：SF4P（P = Performance, for Smartphone）
2024 年：SF4X（X = Extreme, for HPC/AI）
2025 年：SF4A、SF4U（Automotive, U = Ultr）
三星的 SF4 仍然是 FinFET 節(jié)點，事實證明，在智能手機芯片組和大量想要尖端技術(shù)的 AI 初創(chuàng)公司中，它非常受歡迎。SF4P 主要針對智能手機領(lǐng)域，泄漏比 SF4 低，而 SF4X 則是大多數(shù) AI 和 HPC 用戶最終會選擇的產(chǎn)品。對于任何在 2024/2025 年尋找中端 GPU 的人來說，如果它們采用三星制造，那么 SF4X 是您的最佳選擇。
由于汽車節(jié)點要求更高，三星通常會推出其技術(shù)的汽車專用版本，這就是 SF4A 的作用所在。SF4U，雖然被稱為 Ultra，但旨在成為 SF4P 的更高價值版本，展示了針對智能手機芯片組制造商的更高端戰(zhàn)略，這些制造商希望獲得節(jié)點改進的好處，但同時又具有略微更大的余量和有效生產(chǎn)。
SF2 系列：MCBFET (GAA)
2022 年：SF3E
2024 年：SF3
2025 年：SF2
2026 年：SF2P、SF2X
2027 年：SF2A、SF2Z
所以這可能會有點令人困惑。三星代工廠宣布，它是第一個使用 SF3E 節(jié)點生產(chǎn) GAA 技術(shù)的公司——恰當(dāng)?shù)孛麨?ldquo;early”。據(jù)我們所知，雖然自 2022 年以來已投入量產(chǎn)，但它純粹是一個內(nèi)部節(jié)點，旨在幫助開發(fā)該技術(shù)。英特爾直到 2025 年的 20A/18A 節(jié)點才會推出 GAA，而臺積電也在考慮在類似的時間范圍內(nèi)推出 N2。這兩家公司都希望迅速將其推向市場，而不是像三星那樣提前發(fā)布公告。
SF3 是第二代 GAA，已于 2024 年投入量產(chǎn)。這可能會有所回升，但第三代 SF2 將大力向客戶推銷。關(guān)注三星的用戶可能會注意到，命名方案中從 SF3 到 SF2 的轉(zhuǎn)變有點奇怪 - 這實際上意味著三星已將其 SF3P 及以后的系列更名為 SF2，可能更符合三星競爭對手使用的命名。爭論的焦點一如既往地是競爭對齊，但真正的客戶確實知道性能如何，無論節(jié)點名稱如何。
2026 年，我們將看到智能手機 (SF2P) 和 GAA 的 AI/HPC 變體 (SF2X) 的大規(guī)模生產(chǎn)，在這里，我們將非常密切地遵循 SF4 系列的戰(zhàn)略。2027 年，我們將獲得該汽車變體，但 SF2Z 將 BSPDN 帶到了談判桌上。從活動中的討論來看，2027 年對于 SF2Z 來說是一個大規(guī)模生產(chǎn)日期，而不僅僅是風(fēng)險生產(chǎn)的理想日期。這意味著 SF2Z 的風(fēng)險生產(chǎn)將于 2026 年底或 2027 年初開始，首先在韓國，然后在適當(dāng)?shù)臅r候轉(zhuǎn)移到美國。
值得注意的是，三星預(yù)計 GAA 功率改進的節(jié)奏將比 FinFET 更快 - 幻燈片中的一張顯示平面晶體管功率（14nm 之前）每年趨勢為 0.8 倍，而在 FinFET 期間趨勢為 0.85 倍/年。三星預(yù)計 GAA 將通過 GAA / MCBFET 將這些改進恢復(fù)到每年 0.8 倍。
內(nèi)存路線圖
三星熱衷于強調(diào)其在內(nèi)存生態(tài)系統(tǒng)中的地位——主要是作為第一大供應(yīng)商。該公司展示了其自 1992 年以來一直占據(jù) DRAM 第一的位置，目前市場份額為 41%；自 2002 年以來一直占據(jù) NAND 第一的位置，目前市場份額為 32%；自 2006 年以來一直占據(jù) SSD 第一的位置，目前市場份額為 37%。三星將市場視為金字塔。
Tier 1: SRAM
Tier 2: LLC
Tier 3: HBM3E / HBM4
Tier 4: LPDDR6 / LPDDR5X-PIM / LPCAMM
Tier 5: CMM-D (C)
Tier 6: PBSD / CXL-H (C)
我發(fā)現(xiàn)這本身就很有趣，因為它展示了三星正在研究的一些即將推出的技術(shù)。我們知道內(nèi)存標(biāo)準會隨著時間的推移而改進，例如從 HBM3 到 HBM4，或者從 LPDDR5 到 LPDDR6，但這里顯示三星正在通過其 LPDDR5X 產(chǎn)品線實現(xiàn)內(nèi)存處理。內(nèi)存處理是三星多年來一直在談?wù)摰氖虑?，最初專注?HBM 堆棧，并與 AMD Xilinx FPGA 或定制芯片配置合作使用。它即將出現(xiàn)在 LPDDR5X 的變體上，這一事實意義重大，特別是如果這意味著在中長期內(nèi)節(jié)省電力對 AI 有好處的話。同樣在第 4 層上的還有 LPCAMM。最后兩個層都是關(guān)于內(nèi)存和存儲擴展的，尤其是即將推出的 CXL 標(biāo)準。
然而，大多數(shù)人關(guān)注的焦點是 HBM 方面。三星透露了一些數(shù)據(jù)和時間表：
2022 年：8-Hi 堆棧 HBM3，速度達 900 GB/秒
2024：12-Hi 堆棧 HBM3E，速度為 1178 GB/秒
2026：16-Hi 堆棧 HBM4，速度為 2048 GB/秒
2028年：HBM4E
關(guān)于HBM4，三星還透露了很多信息。
芯片密度：24 GB
容量：48GB/cube
數(shù)據(jù)寬度：2048 位（高于 1024 位）
引腳速度：6 Gbps/引腳（低于 8 Gbps/引腳）
堆疊高度：720 微米（無變化）
鍵合：銅-銅混合鍵合（從以前的方法更新）
基本芯片：包括緩沖器、從平面 FET 到 FinFET 的過渡
三星將 HBM4 列為以 70% 的面積和一半的功率提供 200% 的速度。但這并不是故事的結(jié)束，因為三星希望定制 HBM 成為最高性能硬件的標(biāo)準。這意味著包含邏輯和緩沖區(qū)的基本芯片將由客戶根據(jù)其性能配置文件要求進行單獨配置。這意味著相同的 HBM4 可以進行讀取優(yōu)化，或支持更多內(nèi)存加密模式。與更前沿的基本芯片相結(jié)合，目標(biāo)是提取性能并提高效率，這是 AI 人群的兩個標(biāo)志，它們將以無與倫比的方式使用 HBM4。
封裝
至少從我過去的角度來看，三星一直沒有大力推廣的領(lǐng)域之一是封裝業(yè)務(wù)。雖然其他代工廠都在推廣 CoWoS 和 EMIB/Foveros，但即使沒有營銷名稱來概括，也很難說出三星的封裝能力是什么。盡管如此，三星確實參與了先進封裝，既用于智能手機，也用于 AI 加速器。
在智能手機領(lǐng)域，路線圖如下所示，其中列出了各自的熱阻比（thermal resistance ratios）：
2016 年：I-POP、1x TR
2018年：FOPLP，TR為0.85倍
2023 年：FOWLOP，0.85 倍 TR
2025 年：FOPKG-SIP，0.65 倍 TR
在人工智能方面，三星制定了以下人工智能芯片的路線圖。
目前：2.5D interposer、6 個 HBM3、80 GB 容量、帶寬為 3.35 TB/秒
2024：2.5D interposer+、八個 HBM3E、192 GB 容量、帶寬為 6.6 TB/秒
2026 年：2.xD 采用 RDL+Si Bridges，8-12 HBM4，576 GB 容量，帶寬為 30.7 TB/秒
2027 年：2.xD+3D、邏輯/邏輯和邏輯/內(nèi)存。16-24 HBM4E，帶寬為 70.5 TB/秒
最后一個沒有列出容量，但我們談?wù)摰氖墙Y(jié)合 2.5D 和 3D 功能 - 本質(zhì)上是將多個 AI 加速器結(jié)合在一起。如果基礎(chǔ)設(shè)計有一個計算芯片和四個 HBM3E 堆棧，這可以被視為類似于 Blackwell。但三星的想法類似于將兩個 Blackwell 放在一起。當(dāng)然沒有提到這些 ASIC 的功耗！
在 3D 集成方面，我們確實有一些關(guān)于三星何時會提供不同的底部芯片/頂部芯片支持的路線圖。
Bottom Die：2025 年推出 SF4X，2027 年推出 SF2P
Top Die：2025 年推出 SF2，2027 年推出 SF1.4
這看起來像是計算上的計算的語句，而不是計算上的緩存或緩存上的計算。
三星還提到了共封裝光學(xué)器件 (CPO：co-packaged optics)。該公司正在投資 CPO 戰(zhàn)略，包括電氣接口芯片 (EIC：electrical interface chip)、光子接口芯片 (PIC：photonics interface chip) 和用于快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)板。
在演講之外，我與三星的一位光學(xué)工程師進行了交談，我們討論了硅波導(dǎo)（waveguides）作為將大量芯片組合在一起的長期解決方案 - 如果您熟悉初創(chuàng)公司 Lightmatter 的 Passage，它可以讓多個芯片通過封裝通過光相互通信，我們討論了這是這項技術(shù)的潛在未來。今天，大多數(shù) CPO 解決方案都在使用 GlobalFoundries 的 45nm 光子工藝或 imec 200nm 變體 - 因此很高興看到該領(lǐng)域的競爭。三星表示，他們預(yù)計很快就會有 EIC/PIC 概念驗證。
最后的想法
路線圖表明，三星致力于長期保持領(lǐng)先的地位。成為第一是一回事，但做好又是另一回事。三星擁有強大的本地芯片設(shè)計行業(yè)——我的名單上至少有六家人工智能初創(chuàng)公司，我知道很多中型人工智能硬件公司都將使用 SF4X，包括 Tenstorrent 和 Groq。
除此之外，確定先進封裝市場的走向也是一個額外的好處，我希望看到更多公開討論和三星能力的例子。論壇是一個良好的開端，我期待看到更多的數(shù)據(jù)。
參考鏈接
https://morethanmoore.substack.com/p/samsung-foundry-forum-2024-roadmaps
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察
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