Das Rennen um den nächsten großen Durchbruch in der Halbleiterindustrie verengt sich und Samsung hat beschlossen, einen entschlossenen Schritt zu wagen.Während ein Großteil der Branche noch dabei ist, die 3-nm-Technologie zu etablieren und mit der Einführung der 2-nm-Technologie zu beginnen, hat der südkoreanische Konzern in seinem Fahrplan bereits ein ganz konkretes Ziel formuliert: die Einführung eines Produktionsprozesses. 1 nm unterstützt auf Transistoren (Gabelblatt).
Dieser Schritt ist nicht nur eine Frage des Technologiemarketings. Es geht darum, direkt mit anderen Anbietern zu konkurrieren. TSMC und Intel in der ersten Division der MiniaturisierungSamsung setzt dabei auf eine Transistorarchitektur, die sich von den bisherigen unterscheidet. Die Strategie des Unternehmens verbindet einen ambitionierten Zeitplan mit einer grundlegenden Veränderung der internen Siliziumstruktur.
Ein 1-nm-Prozess, der die physikalischen Grenzen erweitern will
Laut Informationen aus Südkorea arbeitet das Unternehmen mit dem Ziel, Den 1-nm-Prozess um das Jahr 2031 herum fertig haben.Zuvor sollte jedoch im Laufe dieses Jahrzehnts eine intensive Forschungs- und Entwicklungsphase abgeschlossen werden, um festzustellen, ob der Sprung industriell realisierbar ist oder ein Laborexperiment bleibt.
Wenn wir in diesem Zusammenhang von 1 nm sprechen, geht es nicht nur um eine kleinere Zahl in den technischen Spezifikationen. Wir sprechen von Kanalbreiten nahe einem Nanometer, in der Größenordnung von wenigen AtomenDamit stößt Samsung an die derzeit als praktisch geltende Grenze der siliziumbasierten CMOS-Technologie. Jede Verkleinerung des Maßstabs stellt eine größere Herausforderung hinsichtlich Materialkontrolle, Stromleckagen und Prozessschwankungen dar.
Der Plan der Südkoreaner ist keine isolierte Bewegung, sondern Teil einer umfassenderen Strategie. eine gestaffelte Offensive, die die Reifung der 2 nm kombiniert mit der Vorbereitung des 1-nm-Prozesses. Parallel dazu definiert Samsung spezifische 2-nm-Varianten für bestimmte Kunden und für eigene Produkte, von mobilen SoCs bis hin zu Chips für Rechenzentren.
Der Schlüssel, sowohl bei 2 nm als auch zukünftig bei 1 nm, liegt darin, Dichte und Effizienz zu maximieren, ohne die Produktionskosten zu erhöhen. Hier kommt die Forksheet-Architektur ins Spiel, die Folgendes zum Ziel hat: Nutzung jedes Quadratmillimeters Silizium bei gleichzeitiger Minimierung des Totraums zwischen den Geräten.
Von GAA zu Forksheet: Ein neuer Schritt in der Transistorarchitektur
Bislang lag Samsungs größter Fokus bei fortschrittlichen Fertigungstechnologien auf der Technologie. GAA (Gate-All-Around), wurde im 3-nm-Verfahren kommerziell eingeführt. Dieser Ansatz besteht darin, den Transistorkanal allseitig mit dem Steuergate zu umgeben, was die Kontrolle des elektrischen Flusses im Vergleich zu herkömmlichen FinFETs deutlich verbessert.
Die GAA-Architektur stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn man versucht, sie noch weiter zu verkleinern. Eine einfache Übertragung des gleichen Konzepts auf 1 nm bietet nicht den nötigen Spielraum, weshalb Samsung einen anderen Ansatz verfolgt. Forksheet als natürliche Weiterentwicklung von GAADas Konzept eines den Kanal umgebenden Gates wird nicht aufgegeben, aber die Art und Weise, wie die Transistoren auf dem Chip verteilt sind, wird neu organisiert.
Das Wesentliche des Forksheets ist in eine Art isolierende „Wand“ zwischen benachbarten Transistoren einführen.Diese dielektrische Barriere ermöglicht es, die N- und P-Strukturen deutlich näher beieinander zu platzieren, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Theoretisch führt dies zu einer signifikanten Reduzierung des Platzbedarfs jeder Logikzelle.
Geringerer Abstand zwischen den Geräten bedeutet höhere Dichte und potenziell höherer Ertrag pro Fläche (PPA)Durch die Komprimierung des Designs ist es möglich, mehr Logik, mehr Cache oder spezialisierte Einheiten in die gleiche Chipgröße zu integrieren. Dies ist der Schlüssel zur kontinuierlichen Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Erhöhung des Stromverbrauchs.
Dieser Ansatz hat seinen Preis: Der Herstellungsprozess wird deutlich komplexer. Die präzise Steuerung der Bildung dieser Isolierwand, die Ausrichtung der Kanäle und die Vermeidung von Leckagen stellen eine Herausforderung dar, die die Grenzen der aktuellen Lithographieverfahren ausreizt, einschließlich der EUV-Bestrahlung in ihren fortschrittlichsten Varianten.
Zeitplan, Risiken und der Kampf um den ersten Platz
Samsungs Strategie umfasst eine technologische und, ganz klar, eine Positionierungskomponente. Traditionell strebt das Unternehmen danach, Sichtbarkeit erlangen, indem man als Erster bestimmte Meilensteine erreicht.war ein Pionier in der Anwendung von EUV bei 7 nm und auch in der Einführung von GAA bei 3 nm, obwohl die anfänglichen Ergebnisse nicht immer so solide waren, wie der Markt es erwartet hatte.
Im Fall des 1-nm-Knotens mit Transistoren (Forksheet) unternimmt das Unternehmen einen ähnlichen Versuch. Verfügbare Informationen deuten darauf hin. eine Forschungs- und Entwicklungsphase, die bis 2030 abgeschlossen sein sollte, um die Möglichkeit einer Produktionsaufnahme um das Jahr 2031 offen zu halten. Dieser Zeitrahmen unterscheidet sich nicht wesentlich von dem anderer Akteure in diesem Sektor, daher wird der eigentliche Vorteil nicht allein an den Daten gemessen werden.
Die eigentliche Bewährungsprobe wird sein, ob sich dieser theoretische Vorteil der Forksheet-Architektur auch in Fertigungslinien mit akzeptable Erträge und kontrollierte KostenIn früheren Generationen haben Ausbeuteprobleme und Prozessoptimierungen den Unterschied zwischen einer erfolgreichen Markteinführung und einem Prozessschritt ausgemacht, der in kommerziellen Produkten kaum Verwendung findet.
Samsung hat diese Situation bereits mit seinem ersten 3-nm-Prozess selbst erlebt, wo Die Quote gültiger Chips entsprach zu Beginn nicht den Erwartungen.Die gesammelten Erfahrungen können nun genutzt werden, um die Probleme schneller zu beheben, aber das verhindert nicht, dass der Sprung auf 1 nm eine neue Büchse der Pandora in Bezug auf Variabilität und Defekte öffnet.
Unterdessen belegt das Unternehmen nach wie vor den zweiten Platz im Foundry-Markt nach Produktionsvolumen, weit hinter TSMC, das seinen Spitzenplatz behauptet. einen Anteil von über 70 % des SektorsDieser Größenunterschied bedeutet, dass jede Entscheidung in Bezug auf Investitionen und Zeitpläne in Samsungs Roadmap ein noch größeres Gewicht hat.
Die Rolle von 2 nm und Samsungs aktueller Situation
Während die Entwicklung des 1-nm-Prozesses langsam voranschreitet, steht das Unternehmen vor einer weiteren, unmittelbaren Herausforderung: sein 2-nm-Angebot konsolidierenDieser Prozess wird in der Praxis die Leistungsfähigkeit von Chips bestimmen, die kurz- und mittelfristig auf dem europäischen und globalen Markt sowohl in Mobiltelefonen als auch in anderen Geräten zum Einsatz kommen.
Samsungs 2-nm-Prozess basiert auf derselben GAA-Philosophie, bietet aber im Vergleich zum 3-nm-Prozess Verbesserungen zur Reduzierung des Stromverbrauchs und zur Steigerung der Leistung. Die neuesten öffentlich zugänglichen Daten und Leaks deuten darauf hin, dass… Es besteht noch Raum für Effizienzverbesserungen.insbesondere beim Vergleich einiger unserer eigenen SoCs mit Konkurrenzprodukten, die in vergleichbaren Fertigungstechnologien von anderen Herstellern hergestellt werden.
In synthetischen Tests zeigten bestimmte, von Samsung selbst entwickelte Chips Folgendes: hoher Spitzenverbrauch bei starker LastDies wirkt sich auf die Akkulaufzeit und die Betriebstemperatur des Geräts aus. Im Vergleich zu Alternativen anderer Hersteller, die auf fortschrittlichen Verfahren basieren, wurden signifikante Unterschiede in der Nutzungsdauer festgestellt.
Diese Ergebnisse unterstreichen, dass das Unternehmen, bevor es eine Masseneinführung von 1 nm in Betracht zieht, Folgendes benötigt: die 2-nm-Technologie verfeinern und die Ausbeute stabilisierenDie Alternative bestünde darin, den nächsten Schritt auf einem noch instabilen Fundament aufzubauen, mit dem Risiko, Effizienz- und Kostenprobleme auf den neuen Knotenpunkt zu übertragen.
Trotz dieser Schwierigkeiten wird die Entwicklung der 1-nm-Technologie als langfristige Investition betrachtet. Wenn es Samsung gelingt, die Effizienz- und Leistungslücke bei 2 nm zu schließen, Es könnte das 1-nm-Fenster mit einer deutlich stärkeren Position erreichen.in der Lage, europäische und globale Kunden zu gewinnen, die heute fast ausschließlich auf TSMC angewiesen sind.
Mögliche Auswirkungen auf den Markt und auf die Geräte
Jenseits der Nanometerzahlen und der technischen Debatte ist für den Endverbraucher entscheidend, welche Veränderungen dies in seinem Alltag bewirken kann. Ein gut umgesetzter 1-nm-Prozess würde Folgendes ermöglichen: Kleinere, leistungsstärkere und energiesparendere ChipsDies würde praktisch alle Arten von elektronischen Geräten betreffen.
Im Bereich der Smartphones würde dies bedeuten: Mobiltelefone mit höherer Dauerleistung und besserer AkkulaufzeitDadurch treten weniger Überhitzungsprobleme beim Spielen oder Ausführen anspruchsvoller Aufgaben auf. Bei Laptops und Desktop-PCs könnte die Verbesserung zu dünneren Designs führen, die weniger auf sperrige Kühlsysteme angewiesen sind.
Auch Sektoren wie IoT, Automobilindustrie und Cloud Computing wären betroffen. Die Möglichkeit von mehr Logik und Speicher im selben Raum integrieren Es öffnet die Tür für intelligentere Sensoren, Fahrzeuge mit fortschrittlicheren Assistenzsystemen und Rechenzentren, die mehr Informationen pro Watt verarbeiten können.
Für Europa und Spanien, wo die strategische Autonomie im Halbleiterbereich zu einem wiederkehrenden Thema geworden ist, hat die Entwicklung von Strukturgrößen wie der 1-nm-Struktur eine andere Bedeutung: festlegen, welche Lieferanten in der Lage sein werden, die fortschrittlichsten Chips herzustellen wenn die durch den EU-Chips-Act und andere öffentliche Förderprogramme geförderten Großprojekte in Kraft treten.
Wenn es Samsung gelingt, seine Forksheet-Technologie zu konsolidieren und TSMC in diesen Fertigungsknoten eine konkurrenzfähige Alternative anzubieten, Europäische Chipdesigner werden mehr Spielraum haben bei der Wahl des Produktionsstandorts für ihre Hochleistungslösungen, von Supercomputerprozessoren bis hin zu KI-Beschleunigern.
Samsungs Plan beruht vorerst auf einer Kombination aus technologischem Ehrgeiz und dem Bedürfnis, sich von der Konkurrenz abzuheben. Der Sprung zum 1-nm-Chips mit Transistoren (Gabelblatt) Sie wird als die nächste große Herausforderung präsentiert, doch ihr Erfolg wird von mehr abhängen als nur davon, die Erste zu sein: Es wird notwendig sein, Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen, damit dieser „Traum-Halbleiter“ letztendlich die Geräte antreibt, die wir im nächsten Jahrzehnt auf dem europäischen Markt sehen werden.