[行业动态]开放式工艺设计套件发布，使2nm芯片更近了

在2024年IEEE国际固态电路会议 (ISSCC) 上，世界领先的纳米电子和数字技术研究与创新中心imec 推出了其开放式工艺设计套件 ( PDK）以及通过 EUROPRACTICE 提供的伴随培训计划。PDK将支持imec N2技术中的虚拟数字设计，包括背面供电网络。PDK将嵌入EDA工具套件中，例如来自Cadence Design Systems和Synopsys的工具套件，为设计路径寻找、系统研究和培训提供对高级节点的广泛访问。这将为学术界和工业界提供培训未来半导体专家的工具，并使工业界能够通过有意义的设计路径探索将其产品转变为下一代技术。

晶圆代工PDK使芯片设计人员能够访问经过测试和验证的组件库，以提供功能齐全且可靠的设计。一旦技术达到可制造性的关键水平，这些通常就可供生态系统使用。然而，准入限制和保密协议的需要为学术界和工业界在开发过程中获取先进技术节点设置了很高的门槛。使用imec N2 PDK将有助于学术界和商业公司。

“如果我们想要吸引新一代芯片设计人员，我们必须让他们尽早接触到在最先进技术节点上发展设计技能所需的基础设施。随附的培训课程将使这些设计人员尽快掌握最新技术，例如纳米片器件和晶圆背面技术。设计探路（design pathfinding ）PDK还将帮助公司将其设计过渡到未来的技术节点，并预防其产品的扩展瓶颈。” 逻辑技术副总裁Julien Ryckaert说道。 

设计探路PDK包含基于一组数字标准单元库和SRAM IP宏的数字设计所需的基础设施。未来，设计寻路PDK平台将扩展到更先进的节点（例A14）。该培训计划将于第二季度初开始，向订阅者传授N2技术节点的特殊性，并提供使用Cadence和Synopsys EDA软件的数字设计平台的实践培训。

Synopsys技术战略与战略合作伙伴副总裁Brandon Wang 表示：“培养一支具备开发转型产品所需技术的工程人员队伍对于半导体行业至关重要。” “Imec的设计探路PDK是一个很好的例子，说明行业合作伙伴关系如何为当前和下一代设计师拓宽先进工艺技术的获取途径，从而加速他们的半导体创新。

我们与imec合作为其N2 PDK提供经过认证的、人工智能驱动的EDA数字设计流程，使设计团队能够使用基于PDK的虚拟设计环境进行原型设计并加速向下一代技术的过渡。”

Cadence 学术网络副总裁Yoon Kim表示：“Cadence致力于与大学和研究机构合作，推动创新并支持纳米和微电子行业的劳动力发展。” “Cadence和imec在多个项目上有着长期的成功合作历史，新的imec设计探路PDK代表了培训下一代芯片设计人员的一个重要的新里程碑。Imec使用Cadence业界领先的AI驱动的数字和自定义/模拟全流程中的所有工具来创建和验证Open PDK，确保学术界和行业合作伙伴能够在最先进的节点访问完整的Cadence流程，使他们能够无缝过渡到下一代设计。”  

2nm争夺战正式打响

尽管全球大多数半导体代工厂都在提高3nm工艺的良率，但下一代2nm合同的争夺战已经开始。三星宣布与一家未公开的公司达成一项新协议，在其即将推出的2nm节点上创建人工智能芯片，并取得了早期胜利。该协议的细节很少，但它表明三星的代工业务可能会以其未来的工艺开始与台积电（和英特尔）竞争。

在最近的财报电话会议上，三星宣布了新的2nm合同，但没有透露与哪家公司合作。一家名为Liberty Times Net的网站爆料了这一消息，并在标题中指出，这是三星在下一代合同的高风险争夺战中追赶台积电的努力的一部分。该报告指出，该订单包括用于人工智能目的的2nm芯片以及HBM3内存和先进封装，这表明它是数据中心产品，当然不是用于客户目的的产品。该公司预计将于2025年推出2nm SF2工艺，并将利用其现有的环栅 (GAA) 工艺和MBCFET（多桥通道场效应晶体管，一种纳米片设计）。

三星对其2nm节点寄予厚望，据报道，与第二代3nm GAA设计相比，在相似时钟频率下，该节点的效率将提高25%。此外，预计在相同功率水平下，效率将提高12%，芯片总尺寸将减小5%。三星此前表示，其首批2nm晶圆将针对智能手机，因此这项新协议可能是其最先进工艺的首个PC相关合同。Techpowerup推测这笔交易很可能针对谷歌、微软或阿里巴巴等超大规模数据中心公司。

三星合同的消息标志着其正在酝酿的2nm及更先进芯片大战的升级。三星希望在2nm战场上与行业领头羊台积电正面交锋，因为它可以像2022年的3nm工艺一样，再次在市场上击败对手。据报道它已经与苹果就为下一代iPhone和M系列SoC提供2nm芯片进行了谈判。

三星晶圆厂，不认命

全球最大的存储芯片制造商三星电子在半导体领域面临着激烈的竞争。虽然三星七年来一直深陷涉及其高管兼集团继承人李在镕的法律诉讼，但全球芯片制造商一直在通过加大投资和产量来扩大市场份额。

全球最大的代工芯片制造商台湾台积电巩固了其领导地位，而美国芯片制造商英特尔和日本半导体制造商Rapidus也在政府的大力支持下迅速发展。

三星的目标是到2030年成为全球最大的存储芯片和系统半导体生产商。但实现这一目标的道路充其量也是崎岖不平的，因为三星必须对抗竞争对手的激烈竞争。

台湾中央通讯社（CNA）2月5日援引TriOrient Investments的数据报道，去年台积电已超越三星，成为全球最大的半导体制造商。台积电去年的半导体总销售额为693亿美元，超过英特尔的542.3亿美元和三星的509.9亿美元。

从广义上讲，半导体分为两大类：存储芯片（包括DRAM和NAND闪存）和非存储系统半导体，例如微处理器和片上系统 (SoC)。

台积电在全球处理器市场占据主导地位，拥有超精细芯片制造方面的专业知识，生产用于智能手机、人工智能 (AI)、自动驾驶汽车和超级计算机的最先进5纳米芯片的90%以上。鉴于代工客户很少更换供应商，预计台积电在可预见的未来仍将保持3nm和2nm芯片的领先地位。去年第三季度，台积电在全球晶圆代工市场的份额达到57.9%，超过三星的12.4%超过45个百分点。

“三星需要吸引像Nvidia、AMD和高通这样的客户来获得市场份额，但这并不容易，因为台积电与这些公司保持着密切的关系，”一位业内人士表示。“三星必须展示其在技术和成本方面的竞争力才能赢得这些客户。”

英特尔宣布计划在2021年重新进入代工（代工芯片制造）业务，目前也在加大投资力度。英特尔一直在亚利桑那州、俄亥俄州、新墨西哥州和俄勒冈州建设代工厂，并获得美国政府通过补贴提供的大量资金支持。英特尔还考虑在德国和日本建设代工工厂。

“考虑到英特尔在半导体技术方面的专业知识，该公司到2025年超越三星和台积电的目标不应掉以轻心，”一位知情人士表示。

日本芯片制造商也正在卷土重来。据《读卖新闻》报道，日本政府将提供21570亿美元（2400亿日元）的补贴，帮助内存芯片制造商Kioxia建设工厂。Rapidus于2022年8月在日本八家主要公司的支持下成立，最近与荷兰半导体设备制造商ASML合作，计划在2025年之前启动2nm芯片试点生产。

需要考虑英特尔，它将在今年与Arrow Lake一起推出英特尔20A。如果发生这种情况，它将击败三星和台积电，推出首款2nm产品。

据传三星正在考虑为其2nm晶圆提供折扣，希望从台积电和英特尔手中抢走一些业务。也许这一策略已经在最新的交易中得到了回报，但这只是我们的猜测。不管怎样，这场竞赛正式拉开了帷幕，看哪家代工厂能够吸引最多的客户采用2nm工艺，而且几年来第一次，这似乎将是一场血腥的三方争斗。