3 Nanometer: Samsung beginnt Produktion mit neuen GAA-Transistoren

Samsungs Foundry-Sparte läutet als erster Chipfertiger die 3-Nanometer-Generation ein. Die ersten Silizium-Wafer mit 3-nm-Strukturen hat die Firma bereits belichtet, die Produktion läuft jetzt an. Dabei führt Samsung tiefgehende Änderungen beim Aufbau der Transistoren ein.

Anstelle finnenförmiger Feldeffekttransistoren (FinFETs) gibt es "Gate All Around"-(GAA-)Technik, bei der die Gate-Elektrode den leitenden Kanal des Feldeffekttransistors allseits umgibt. Samsung nennt das im eigenen Marketingsprech Multi-Bridge-Channel FET (MBCFET) mit Nanosheets.

Alle großen Chipfertiger planen die Umstellung auf GAA-Technik, weil FinFETs bei den aktuellen Strukturgrößen an ihre Grenzen stoßen. Weltmarktführer TSMC wartet mit dem Wechsel allerdings noch bis zur 2-nm-Generation im Jahr 2025. Mehrere 3-nm-FinFET-Prozesse sollen die Zeit bis dahin überbrücken – der erste davon startet noch dieses Jahr in die Serienproduktion. Intel führt GAA-Technik unter dem Namen RibbonFETs voraussichtlich im Jahr 2024 ein.

Großer Effizienzsprung

Verglichen mit der 5-nm-Generation soll Samsungs erster 3-nm-Prozess die Leistungsaufnahme bei gleicher Performance um 45 Prozent senken oder die Performance bei gleicher Leistungsaufnahme um 23 Prozent steigern. Ein Chip mit gleicher Transistoranzahl benötigt 16 Prozent weniger Fläche.

Eine optimierte zweite Version erhöht das Einsparpotenzial von 45 auf 50 Prozent und die Performance um bis zu 30 statt 23 Prozent. Primär geht die zweite Version aber die Transistordichte an: Der Flächenbedarf sinkt – erneut im Vergleich zu 5 nm – um 35 Prozent.

Konkurrenzkampf mit TSMC

Diese Verbesserungen sind dringend notwendig, denn allen Anzeichen nach hinkt Samsung dem Hauptkonkurrenten TSMC deutlich hinterher. Das machte zuletzt Qualcomm mit seinem Smartphone-Prozessor Snapdragon 8 Gen 1 klar: Die Plus-Version wechselte von Samsungs 4-nm-Prozess – einer verbesserten 5-nm-Version – auf TSMCs N4. Qualcomm gab zur Vorstellung an, die Leistungsaufnahme bei gleicher Performance um 30 Prozent senken zu können.

Ungewöhnlich ist der Produktionsstart mit einem "High Performance"-Chip und nicht mit einem Mobilprozessor. Normalerweise sind Samsungs eigenen Exynos-Modelle zuerst dran. Die Ankündigung ist allerdings auch ziemlich ungenau: Samsung schreibt etwa kein einziges Mal von einer "Massenproduktion", sondern nur von einer "Produktion".

(mma)