整理包／美中科技戰再升溫 美擬限制GAA技術輸陸！GAA是什麼？會重創大陸 AI 晶片布局與發展？

近日，彭博資訊報導，美國政府正考慮限制中國大陸獲得AI晶片技術能力，把目光鎖定在剛開始進入市場的環繞式閘極（GAA）電晶體技術。經濟日報解析什麼是GAA、為何美國要限制GAA技術流入中國大陸、對陸半導體業或其他業者有何影響等關鍵問題。

• 重點馬上看
• 1. GAA架構是什麼？
• 2. 為何美國要限制GAA技術輸陸？
• 3. 陸有機會突破禁令？三星首當其衝受衝擊
• 4. 台積電靠FinFET就打趴三星 2奈米正面對決GAA

GAA架構是什麼？

GAA是一種電晶體架構，稱作環繞式閘極電晶體，相較於平面、鰭式電晶體架構，可以減少電流洩漏，並增加電晶體密度，提升晶片性能。

20奈米製程之前，採用的是平面電晶體架構（Planar FET），20奈米之後轉為使用鰭式電晶體架構（FinFET），隨著閘極長度縮小至3奈米、2奈米，開始有了閘極環繞式電晶體架構（GAAFET）的出現。

這三種架構的不同，在於控制晶片內電子流動的能力，而電子能不能通過由「閘極」來控制，可以把閘極想像成電燈開關，當施加電壓時，電子通過電流通道，從源極流向汲極，代表位元1，不加電壓時，則沒有電流通過，位元為0。

平面電晶體 Planar FET

早期的平面電晶體架構（Planar FET）會遇到的問題是，當閘極線寬愈小，閘極與下方通道的接觸面積也愈小，使兩者無法密合，電子就會偷偷跑去，形成漏電、短路的情況。

鰭式電晶體 FinFET

為了解決漏電問題，業界發明了鰭式電晶體架構（FinFET），從平面改為垂直架構，將源極和汲極立起來，因為立起來的結構像魚鰭而得名。如此一來，能增加通道和金屬閘極的接觸面積，更好控制電子流通，因此FinFET成為現今半導體的主流結構。

環繞式閘極電晶體 GAAFET

然而，半導體製程持續推進，FinFET也快不夠用了，業界逐步導入閘極環繞式電晶體架構（GAAFET），把每一片Fin改成上下排列，將電晶體的通道完全包覆在閘極中，更有效提升對電路的控制與穩定性，減少漏電，並降低功耗、提高晶片性能。

為何美國要限制GAA技術輸陸？

美國先前已針對中國大陸半導體業提出晶片禁令，包含限制取得先進晶片、EUV機台等，導致大陸7奈米以下製程發展受阻，為何現在又要針對3奈米以下的GAA技術作出限制？

美國的晶片禁令旨在打擊中方半導體發展，但卻逼得中國大陸加快自產晶片的腳步，華為2023年發表的Mate 60 Pro高階智慧手機就是最好的例子，即使沒有ASML的EUV設備，中國大陸還是能製造先進晶片，只是成本太高，無法大規模量產。

因此美國考慮擴大晶片禁令，讓大陸更難獲得建造和運行 AI 模型所需的複雜運算系統，提高其建立AI系統的難度，並全面防止大陸發展自有半導體供應鏈。

知情人士透露，美國商務部工業暨安全局最近會遞交GAA規則草案，不過由於業界批評第一版規定過於廣泛，因此相關細節還在討論中，目前尚不清楚是禁止大陸開發GAA晶片，還是會更進一步，限制其他國家晶片製造業者對陸輸出相關商品與技術。

陸有機會突破禁令？三星首當其衝受衝擊

針對美國作法，中國大陸外交部發言人林劍回應，美方舉措阻止不了大陸科技進步，只會激勵大陸企業自立自強。

工研院產科國際所所長林昭憲指出，在地緣政治下，防堵是短期解方，技術日新月異，雖然美國對中國大陸防堵，但陸方發展技術，有可能不考慮報酬率，所以這部分不能小看中國大陸能力。此外，在量子運算上，量子方面大陸專利與論文發表數領先很多領域，所以局部突破是持續觀察的地方，這值得「後AI時代」關注。

從技術層面來看，工研院產科國際所經理范哲豪表示，美國政府管制先進製程確實會對大陸發展AI產生影響，但他認為中國大陸也在思考其他方法，他指出，要讓晶片更智慧化，除傳統製程微縮外（也是一般摩爾定律），還有其他方式，比如異質整合、改變晶片設計架構等，用不那麼先進製程，在特定領域用途也能有更好的運算效率。

另外，由於目前業界只有三星在其3奈米節點上採用GAA技術，可能首當其衝受衝擊。英特爾將在其Intel 20A節點中採用，台積電則計畫在2奈米製程上採用GAA技術，是否會受影響有待觀察。

台積電靠FinFET就打趴三星 2奈米正面對決GAA

GAA之所以重要，因為該技術是3奈米製程以下的關鍵，三星搶先在2022年宣布生產使用GAA技術的3奈米晶片，明顯是想彎道超車台積電，但沒這麼容易，近期傳出三星的3奈米晶片良率與功耗表現不佳，到目前為止還沒傳出取得大客戶的訂單。

BusinessKorea報導，台積電是3奈米的霸主，即使傳出將調漲3奈米製程晶圓代工價格，但輝達（NVIDIA）、超微（AMD）、蘋果（Apple）及高通（Qualcomm）等大客戶也不會跑掉，原因在於客戶重視品質甚於價格，三星3奈米的良率低，想搶走台積客戶幾乎不可能。

GAAFET技術比FinFET複雜，要提升良率相當困難，GAA是多層次堆疊電晶體結構，必須用光學檢測良率，當可見光從上方往下打時，只能照到表層，照不到下方的結構，在量測不準的情況下，就很難確保良率，這也是為何三星始終無法提高GAA良率的原因。

既然可見光無法穿透，工研院提出用X光的方法，就可以量測到深層的結構，將來可能成為台積電2奈米GAA製程提升良率的解方。

至於為何台積電不急著在3奈米採用GAA，而是沿用FinFET？因為3奈米以上的晶片對性能、功耗、密度的要求沒那麼高，其實用FinFET就夠了，又可同時確保良率和控制成本。台積電將於2025年量產2奈米，屆時將與三星在GAA技術上正面對決，誰能取得較高的良率，就是領先的關鍵。

（資料來源：記者尹慧中、黃雅慧、編譯簡國帆）

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