I samband med Samsungs kvartalsrapport för årets första kvartal aviserade Samsung att de under årets andra kvartal skulle gå in i produktion på 3 nanometer. Dagarna har gått och klockan fem i tolv, idag den 30 juni, går Samsung ut med att de gått i mål. Det markerar startskottet på nästa generations transistor som tar vid efter FinFET, som introducerades av Intel på 22 nanometer för nästan exakt tio år sedan.
Den nya transistortypen heter Gate-All-Around Field-Effect Transistor (GAAFET). Med FinFET gick industrin från plana transistorer till att själva kanalen lyfter upp till ”fenor” för bättre kontroll av drivströmmen. Med GAAFET lyfts hela kanalen och omgärdas av transistorgrinden, något som ger ännu bättre kontroll och möjliggör för att driva transistorer med lägre drivspänning.
Medan transistortypen per definition är GAAFET kallar Samsung sin egen variant för Multi Bridge Channel FET (MBCFET) med så kallade nanoblad, där bladets bredd är avgörande. Genom att i en kretsdesign använda bredare nanoblad i en transistor blir det möjligt att öka prestandan (klockfrekvens) och mindre nanoblad används med fördel för högre energieffektivitet och transistortäthet.
När Samsung talar om fördelarna med 3 nanometer sker jämförelsen intressant nog inte mot bolagets senaste 4 nanometer, utan föregångaren 5 nanometer. Med det sagt anger Samsung betydande förbättringar inom två av de tre viktigaste PPA-parametrarna (Power, Performance, Area) för en ny tillverkningsteknik. Effektförbrukningen ska vara hela 45 procent lägre vid samma prestanda som Samsungs 5 nanometer, medan prestandan ska vara 23 procent bättre vid samma effektförbrukning.
När det kommer till transistortäthet, bokstaven A, är förbättringen blott 16 procent – och det i jämförelse med 5 nanometer. En kvalificerad gissning är att det är av detta skäl Samsung väljer att inte göra en jämförelse mot 4 nanometer. Rent spekulativt har Samsung tvingats dra ned på ambitionerna rejält för att få till acceptabel yield, som i tidigare rapporter uppgetts vara bedrövlig. Det skulle betyda att Samsung med alla till buds stående medel gjort vad de kan för att bli först med GAAFET på marknaden. Huruvida transistortypens fördelar i övrigt lyckas vinna potentiella klienters gunst återstår att se.
Tillverkningstekniken i fråga har namnet 3GAE där bokstaven ”E” står för ”Early”. Med andra generationens 3 nanometer, 3GAP där ”P” står för ”Plus”, som är att vänta under 2023 levererar Samsung betydligt högre transistortäthet – 35 procent bättre än bolagets 5 nanometer. Till detta hör även 50 procent lägre effektförbrukning och 30 procent högre prestanda ställt mot 5 nanometer, förhållandevis ringa förbättringar jämfört mot 3GAE.
Med detta kan Samsung skryta med att de är först att inleda tillverkning på något som i alla fall till namnet kallas 3 nanometer. Företaget får under årets andra hälft sällskap av TSMC, som då introducerar sitt dito. TSMC väntas erbjuda betydligt högre transistortäthet, men förlitar sig fortsatt på FinFET-transistorer. Om det är fördel TSMC eller Samsung återstår att se.
Samsung vill inte tala om vilka kunder som är aktuella för 3GAE. Företaget självt med sina systemkretsar Exynos för mobila enheter är givet, men även Qualcomm är en sannolik kandidat. Ihärdiga rykten talar dock för att intresset för 3GAE är svalt och att Samsung inte väntas nå några betydande volymer, och kundbas, på 3 nanometer förrän 3GAP är redo. TSMC å sin sida kommer inte ha några problem att fylla sin kapacitet på 3 nanometer till brädden, med storkunder som Apple och Intel.
