Gate-All-Around транзисторы обеспечивают на 30% лучший контроль утечки тока и на 20% выше производительность по сравнению с FinFET на узлах 3nm и ниже
High-NA EUV литография с разрешением 0.55 NA (против 0.33 у предыдущего поколения) сокращает количество шагов мультипаттернинга на 40% и повышает плотность транзисторов на 25%
Материалы GaN и SiC обеспечивают на 50% меньшие потери энергии и в 10 раз более высокую скорость переключения, чем кремний, открывая путь к более компактным и эффективным чипам для AI и дата-центров
Полупроводниковая индустрия стоит на пороге фундаментальной трансформации. Физические ограничения традиционных FinFET-транзисторов на узлах 3nm и ниже заставляют производителей переходить на новые архитектуры, материалы и литографические процессы. Samsung уже запустил коммерческое производство на базе Gate-All-Around (GAA) транзисторов, TSMC и Intel готовятся к массовому развертыванию в 2025-2026 годах. Параллельно High-NA EUV литография стоимостью $386 млн за систему обещает повысить разрешение и плотность транзисторов, а экзотические материалы GaN и SiC предлагают революционную энергоэффективность для силовой электроники и AI-ускорителей.
GAA-транзисторы: архитектурный прорыв для 3nm и ниже
Gate-All-Around транзисторы представляют собой эволюционный скачок от FinFET, где затвор окружает канал с трех сторон, к архитектуре, где затвор полностью обволакивает канал со всех сторон. Это обеспечивает радикально улучшенный электростатический контроль, снижая подпороговую утечку тока на 30% и увеличивая ток насыщения на 20% при тех же геометрических размерах. Samsung Electronics первой запустила массовое производство GAA на процессе 3nm (3GAP), за ней следуют TSMC с узлом N2 и Intel с процессом 18A, который интегрирует GAA с технологией backside power delivery.
Ключевое преимущество GAA — возможность вертикального стекирования нескольких наношитов (nanosheets) или нанопроволок, что позволяет разработчикам управлять балансом между утечкой тока и производительностью через точную настройку количества стеков и ширины каждого листа. TSMC демонстрирует рекордно низкую плотность дефектов на узле N2 по сравнению с предыдущими поколениями, что свидетельствует о готовности к масштабируемому серийному производству для высокопроизводительных вычислений и мобильных приложений. Согласно прогнозам Future Market Insights, рынок GAA-транзисторов достигнет $2.26 млрд к 2035 году с CAGR 12.8%, подпитываемый спросом на энергоэффективные чипы для дата-центров, мобильных устройств и автомобильной электроники.
Производство GAA требует значительных технологических инноваций. Прогресс в эпитаксиальном росте SiGe-сверхрешеток, инженерии внутренних спейсеров и оптимизации source/drain позволяет создавать вертикально стекированные наношиты с сохранением электрических характеристик. Интеграция с существующими CMOS-процессами оптимизирована для обеспечения совместимости и масштабируемости. Совместные усилия производителей оборудования и полупроводниковых фабрик ускоряют пилотное производство и готовность к массовому выпуску.
High-NA EUV литография: гонка за 2nm
Extreme Ultraviolet (EUV) литография следующего поколения с высокой числовой апертурой (High-NA) становится критически важной технологией для узлов 2nm и ниже. ASML выпустила коммерческую систему TWINSCAN EXE:5200B с числовой апертурой 0.55 (против 0.33 у предыдущего поколения EUV), что обеспечивает более высокое разрешение и позволяет печатать более мелкие структуры с меньшим количеством шагов мультипаттернинга. Samsung Foundry получит первую систему EXE:5200B в конце 2025 года, а вторую — в начале 2026 года, инвестируя около $773 млн в два устройства.
High-NA EUV играет центральную роль в дорожной карте Samsung по процессу 2nm. Источники указывают, что компания планирует использовать новые литографические системы для производства SoC Exynos 2600 и AI-ускорителя следующего поколения для Tesla. Те же инструменты позволят подразделению памяти Samsung разработать DRAM с технологией вертикального канального транзистора (VCT), которая должна заменить текущие планарные транзисторные конструкции на будущих узлах. SK Hynix также установила систему EXE:5200B на своем заводе M16 для производства передовой DRAM в прошлом месяце.
TSMC, напротив, заявила, что не будет использовать High-NA EUV для узлов от 2nm до A14 (1.4nm), продолжая полагаться на существующие EUV-инструменты с аналогичной сложностью обработки. Вице-президент TSMC по бизнес-развитию Кевин Чжан отметил на запуске процесса A14, что компания может поддерживать аналогичную сложность без High-NA. Варианты A14P (с backside power delivery, 2029) и A14X (высокопроизводительная версия) могут стать кандидатами для High-NA EUV. Intel агрессивно внедряет High-NA, став первой компанией, получившей соответствующее оборудование, и планирует начать производство чипов с High-NA EUV на процессе 18A в 2025 году.
GaN и SiC: революция в силовой электронике
Нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) представляют собой фундаментальный сдвиг в материалах полупроводников, превосходя кремний по эффективности, скорости переключения и тепловым характеристикам. GaN обеспечивает более высокую плотность мощности, в 10 раз более высокую скорость переключения и на 50% меньшие потери энергии, позволяя создавать более компактные конструкции с меньшим энергопотреблением и тепловыделением в таких устройствах, как зарядные устройства для смартфонов, промышленные роботы, гуманоидные роботы и солнечные инверторы.
Infineon Technologies продвигает производство GaN на 300-миллиметровых пластинах, что в 2.3 раза увеличивает количество чипов на пластину по сравнению со 150-мм или 200-мм подложками. Образцы будут доступны в четвертом квартале 2025 года. Переход на 300-мм пластины критически важен для достижения экономии масштаба и снижения стоимости производства GaN-чипов. Как лидер в системах питания, Infineon осваивает все три релевантных материала: кремний (Si), карбид кремния (SiC) и нитрид галлия.
Хотя производственные объемы GaN и SiC все еще наращиваются, общая стоимостная модель меняется. Если учитывать экономию на системном уровне — меньшие радиаторы, сокращение пассивных компонентов и более низкие энергетические потери — ROI для GaN и SiC становится убедительным во многих приложениях. Гетероэпитаксиальный рост GaN на кремниевых подложках добавляет процессные шаги и сложность производства, но интеграция с существующими кремниевыми производственными линиями открывает путь к масштабированию. SiC доминирует в высоковольтных приложениях (электромобили, промышленные преобразователи), в то время как GaN занимает нишу в средневольтных высокочастотных применениях (серверные источники питания, быстрые зарядные устройства, 5G-инфраструктура).
Экономика перехода: триллионы транзисторов к 2030 году
Intel публично заявил о планах достичь порога в один триллион транзисторов на одном чипе к 2030 году, используя GAA-транзисторы (RibbonFET), EUV-литографию и продвинутую 3D-стекирование. Генеральный директор Intel Пэт Гелсингер выразил уверенность в масштабировании до триллиона транзисторов, называя чиплеты и передовые технологии упаковки ключевыми факторами. Реализация этой цели будет зависеть от продолжающихся прорывов в производственных процессах и успешной интеграции новых архитектур.
Переход на GAA-производство представляет критический момент для полупроводниковой индустрии. Ведущие производители — TSMC, Samsung и Intel (известные как «Fab 5» с GlobalFoundries и UMC) — рассматривают GAA как драйвер U-образного восстановления доходов индустрии после цикла избыточных запасов 2022-2023 годов. Инвестиции в GAA, High-NA EUV и новые материалы требуют многомиллиардных капиталовложений, но открывают путь к новым рынкам: AI-ускорители с триллионами параметров, нейроморфные чипы с энергопотреблением на уровне мозга, квантовые сопроцессоры и edge-вычисления с задержками менее 1 мс.
Совместные усилия между поставщиками оборудования и фабриками ускоряют коммерциализацию этих технологий. Непрерывные улучшения в контроле процессов и управлении дефектами снижают производственные затраты и увеличивают пропускную способность, поддерживая более широкое внедрение GAA-транзисторов в различных полупроводниковых продуктах. Прогнозируется, что рынок полупроводников достигнет $1 трлн к 2030 году, подпитываемый спросом на AI, автономные транспортные средства, 6G-коммуникации и квантовые вычисления.
Диверсифицируйте технологические ставки: Не полагайтесь только на одну архитектуру. GAA — это необходимость для логических чипов 3nm+, но GaN/SiC открывают новые рынки в силовой электронике и энергетике.
Инвестируйте в экосистему чиплетов: Монолитные чипы достигли физических и экономических пределов. Чиплеты с передовой упаковкой (UCIe, HBM3E) позволяют комбинировать узлы разных поколений для оптимизации стоимости и производительности.
Мониторьте литографическую гонку: TSMC избегает High-NA до узла A14P (2029), в то время как Intel и Samsung вкладываются агрессивно. Это создает окна возможностей для партнерств и альянсов.
Планируйте переход на 300-мм GaN: Infineon и другие лидеры готовятся к массовому производству GaN на 300-мм пластинах к концу 2025 года. Ранние партнерства обеспечат доступ к емкостям.
Готовьтесь к дефициту талантов: GAA, High-NA EUV и новые материалы требуют специализированных знаний в эпитаксии, литографии и дизайне чипов. Инвестиции в обучение и привлечение экспертов критичны.
ASML High-NA EUV Technology: Официальная документация и технические спецификации TWINSCAN EXE:5200B на сайте ASML (www.asml.com)
TSMC Technology Symposium: Ежегодные презентации о дорожных картах процессов N2, N2P, A14 и будущих узлах (technology.tsmc.com)
Intel Foundry Services: Детальная информация о процессах 18A, 14A и RibbonFET GAA-архитектуре (www.intel.com/ifs)
Future Market Insights - GAA Transistor Market Report: Прогнозы рынка GAA-транзисторов до 2035 года с анализом драйверов и препятствий (www.futuremarketinsights.com)
Infineon 300mm GaN Manufacturing: Официальные обновления о переходе на 300-мм GaN-производство (www.infineon.com)
Источники
- Future Market Insights. (2025, August). Gate-All-Around (GAA) Transistor Market - 2035. Retrieved from https://futuremarketinsights.com
- Knowledge Sourcing Intelligence. (2025, June). Gate-All-Around Nanosheet Transistors Market Report 2030. Retrieved from https://knowledge-sourcing.com
- Guru3D. (2025, October 15). Samsung to Receive Two ASML High-NA EUV Lithography Systems. Retrieved from https://guru3d.com
- Financial Content Markets. (2025, November 10). The Future of Semiconductor Manufacturing: Trends and Innovations Through 2030. Retrieved from https://markets.financialcontent.com
- eeNews Europe. (2025, April 28). TSMC shuns high-NA EUV lithography for A14 process. Retrieved from https://eenewseurope.com
- Infineon Technologies. (2025, July 1). Infineon advances on 300-millimeter GaN manufacturing roadmap. Retrieved from https://infineon.com
- Microchip USA. (2025, June 29). GaN and SiC: The Power Electronics Revolution Leaving Silicon Behind. Retrieved from https://microchipusa.com
- Galactik Views. (2024, December 21). Will Single Chip Have One Trillion Transistors by 2030. Retrieved from https://galactikviews.com
- Chip Stock Investor. (2025, October 6). The Next 15 years Of Logic Chip Technology — How to Invest. Retrieved from https://chipstockinvestor.com