3GAE & 3GAP: Samsungs 3-nm-Verfahren skaliert zweistufig

Höhere Performance, niedrigere Leistungsaufnahme, gestiegene Dichte: Samsung will bei der Halbleiterfertigung wieder vorne liegen.

Artikel veröffentlicht am 1. Juli 2022, 10:01 Uhr, Marc Sauter

Samsung-Angestellte zeigen Wafer mit 3-GAA-Chips (Bild: Samsung)

Samsung hat die initiale Fertigung des 3-nm-GAA-Verfahrens gestartet, wobei gleich eine zweite Variante angekündigt wurde, welche auf die erste aufsetzt. Samsung hat damit lange vor Marktführer TSMC einen GAA-Prozess am Laufen, die Taiwaner wollen 2025 mit dem Nanosheet-basierten N2 nachziehen.

GAA steht für Gate All Around und beschreibt den Aufbau der genutzten Transistoren: Anders als bei bisher üblichen Finfet wird der Kanal vollständig vom schaltenden Gate umgeben, das verbessert den Elektronenfluss zugunsten der Schaltgewindigkeit und der Flächenbedarf sinkt. Samsung produziert GAA als 3GAE (Gate All Around Early) und als 3GAP (Gate All Around Plus), ähnlich wie bei bisherigen Nodes auch.

Als Basis für GAA wählt Samsung einen nicht näher genannten 5-nm-Prozess, welcher Nodes von 5LPE bis 4LPP umfasst (welche genau genommen alles Ableger von 7LPP sind). Verglichen hiermit soll 3GAE eine bis zu 23 Prozent höhere Performance oder eine bis zu 45 Prozent geringere Leistungsaufnahme ermöglichen, zudem sollen Chips bis zu 16 Prozent kleiner werden.

Eher Risk Production als Serienfertigung

Für 3GAP wiederum nennt Samsung Verbesserungen von 30 sowie 50 Prozent, der Flächenbedarf soll hingegen mit 35 Prozent deutlich besser skalieren - wie das zustande kommt, bleibt offen. Überdies ist 3GAP nicht direkt verfügbar, sondern dürfe erst ein Jahr nach 3GAE starten. Die Formulierung der initialen Fertigung legt überdies nahe, dass die eigentliche Serienproduktion noch aussteht und einzig kleinere Mengen an Chips hergestellt werden.

Ob es bereits Kunden für 3GAE gibt, sagte Samsung nicht. Zumeist fertigt der Hersteller anfangs primär die eigenen Exynos-Prozessoren, bei 3-nm-GAA soll aber Mobile später folgen und zuerst Partner aus dem High-Performance- sowie Low-Power-Segment bedient werden. Qualcomm hatte den Snapdragon 888 und den Snapdragon 8 Gen1 bei Samsung bauen lassen, allerdings wurde das Design von letzterem Chip auf TSMCs N4 portiert und erreichte dort als Snapdragon 8+ Gen1 eine signifikant bessere Effizienz.

AMD und Intel sind beide TSMC-Kunden, Nvidia zumindest anteilig. Die Ampere-Chips für Geforce-Karten entstehen in Samsungs 8LPP (ein 10-nm-DUV-Ableger), der neue Hopper GH100 jedoch bei TSMC im für Nvidia optimierten 4N-Prozess.