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來源:芯東西

作者:心緣


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在台積電第26屆技術研討會上,台積電揭秘其3nm工藝節點的更多細節,並分享了5nm後續產品N5P和N4工藝節點的相關進展。

台積電在先進製程領先的道路上一往無前,計劃3nm技術於2021年進入風險生產、在2022年開始量產,而英特爾的7nm預計最早推出也要到2022年末。


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據介紹,相較5nm N5工藝,相同功耗下,台積電3nm N3性能可提高10-15%;相同性能下,N3功耗可降低25-30%;N3的邏輯密度、SRAM密度、模擬密度分別是N5的1.7倍、1.2倍、1.1倍。

同時,台積電總裁魏哲家宣布,台積電已整合旗下包括SoIC、InFO、CoWoS等3D封裝技術平台,命名為台積電3D Fabric

台積電高級副總裁Kevin Zhang和Y.P. Chin在預先錄製的視頻中提到,台積電正在其總部旁邊正建設一個專注於2nm芯片研發的新研發中心,擁有8000名工程師,將運營一條先進的生產線,該項目的第一階段將於2021年完成

作為全球晶圓代工「一號玩家」,從台積電的分享,我們可以看到全球先進製程最前沿的芯片製造技術風向。

01、5nm今年下半年見,3nm後年量產


在今天的台積電技術研討會,台積電介紹了5nm N5、N5P、N4工藝以及3nm N3工藝的PPA優化情況。


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據悉,台積電5nm N5工藝廣泛采用了EUV技術。相較7nm N7工藝,台積電N5工藝在相同功耗下的性能提高了15%,在相同性能下的功耗降低了30%,邏輯密度為N7的1.8倍。

台積電還提到,N5的缺陷密度學習曲線比N7快,這意味著5nm工藝將比其上一節點能更快地達到更高的良率。

N5P和N4屬於5nm N5的增強版本。

N5P主要面向高性能應用,計劃在2021年投入使用。與N5相比,同等功耗下,N5P的性能可提高5%;同等性能下,N5P的功耗可降低10%。

由於與N5節點在IP上兼容,因此台積電的5nm N4工藝可提供直接遷移,性能、功耗和密度均有所增強。台積電計劃在2021年第四季度開始N4風險生產,目標是在2022年實現大批量生產。

相比5nm N5節點,台積電3nm N3在相同功耗下的性能可提高10-15%,在相同性能下的功耗可降低25-30%;邏輯密度提高70%,SRAM密度提高20%,模擬密度提高10%。

此外,台積電還介紹了專為IoT、移動和邊緣設備等低功耗設備而設計的N12e工藝,該工藝是台積電12 nm FinFET節點的增強版,擁有更低功耗、更高性能,支持超低漏電器件和低至0.4V的超低Vdd設計。


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02、英特爾三星「摔跤」,台積電「緊俏」


近來先進製程的戰場可謂是波瀾起伏,英特爾製程進化再度跳票,三星頻傳良率不過關,唯有台積電一路喜訊不斷,不僅股價持續升漲,躍居全球第十大市值公司,還迎來製造出10億顆7nm芯片的新里程碑。

從率先搞定7nm的那一刻起,台積電就成了整個「地球村」的希望。除了三星、英特爾這種自帶先進製造廠的IDM巨頭,大部分的頭部芯片設計公司都跑到台積電7nm的門外排起長隊。

原因無他,製程工藝越先進,芯片性能越高、功耗越低,在市場上越有競爭力。

台積電衝得不僅快,良率還高。2018年有超過50款7nm芯片量產,代工方都是台積電。2019年,台積電代工的7nm芯片設計更是超過100種。蘋果、高通、華為、英偉達、AMD、賽靈思、聯發科等芯片巨頭都是台積電7nm的客戶。

同時,台積電的7nm N7+工藝是全球第一個在大批量生產中采用EUV的節點,而向後兼容的N6邏輯密度又提高了18%。據台積電介紹,N6具有與N7相同的缺陷密度。

台積電2019年年報顯示,這一年,台積電為499個客戶生產10761種不同的芯片,在半導體製造領域市場占有率達52%。

從2020年上半年全球前大晶圓代工營收來看,台積電的營收超過2-9名代工營收的總和。


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據台媒報道,台灣三大科學園區2020年上半年營業額達13681億新台幣(約合3220億人民幣),其中將近41%由台積電貢獻。

03、台積電能否被超越?短暫占優勢,戰爭還沒結束


國際IT研究與顧問谘詢公司Gartner的數據顯示,先進製程將為晶圓代工市場營收貢獻越來越高的比重。


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▲全球晶圓代工行業收入(億美元)

獨霸晶圓代工半壁江山的台積電,有被彎道超車的可能嗎?

台積電創始人張忠謀很謙遜,在2020年年初接受媒體采訪時提到,三星電子是很厲害的對手,目前台積電暫時占優勢,但台積電跟三星的戰爭絕對還沒結束,台積電還沒有贏。

台積電相較三星有很多優勢, 比如它是一個純粹的晶圓代工廠,相較三星這種有自己芯片設計業務的IDM廠商,更易獲得客戶的信賴;比如它的技術推進順利,繼率先征戰7nm市場後,又即將迎來5nm大規模落地。

台積電總裁魏哲家曾透露,采用台積電5nm完成的芯片tape-out數量將比7nm量產初期的同時期還要高,5nm也將成為台積電繼7nm之後、另一個重大且具有長生命周期的製程節點,預估5nm在2020年營收占比將達到10%。

但贏得市場最核心的籌碼——技術領先性——還存在變數。

痛失7nm市場的三星,已經擺足了架勢要在接下來的5nm及更先進製程的戰局中扳回一城。

接下來的戰役非常明朗,核心動作都是砸錢、擴產、搶先發。

首先,持續增加研發投入和資本支出。

早在2017年,台積電就透露計劃為3nm工藝芯片工廠投資200億美元。根據財報數據,台積電2019年研發投入近30億美元,約占全年營收的8.5%;其2020年資本開支預計將達到160億-170億美元。

台積電還在其總部旁邊正建設一個擁有8000名工程師的新研發中心,該項目的第一階段將於2021年完成,計劃研發2nm芯片。

三星則接連公布巨額支出計劃。2019年4月,三星宣布計劃在未來十年向LSI和代工領域投資總計133萬億韓元(約合1160億美元)。同年10月,三星花費25億美元向ASML采購15台EUV光刻機。2020年1月,三星斥資33.8億美元向光刻機霸主ASML下單20台EUV光刻機,除了計劃用於7nm、5nm等邏輯芯片外,還計劃用在DRAM內存芯片的生產。

其次,穩步擴建生產線。

台積電稱其正擴大在首家5nm晶圓廠Fab 18的N5生產。Fab 18於2020年第二季度開始量產N5,旨在每年加工約100萬片12英寸晶圓。

此前在2020年5月,台積電和三星分別宣布新的5nm晶圓廠建廠計劃。

台積電在美國亞利桑那州新建的半導體工廠項目,將從5nm技術開始,月產能20000片晶圓,計劃2024年建成投產。

三星將在漢城南部的平澤市建造全新的5nm晶圓廠,預計在2021年下半年投產,產品主要用於5G網絡和高性能計算。

最重要的,搶占5nm市場,超越3nm研發。

今年下半年,采用台積電5nm技術的華為麒麟1020處理器和蘋果A14處理器將進入市場。Ampere Computing亦基於N5工藝製造其下一代服務器芯片。其他被報道向台積電5nm下訂單的還有高通、AMD、聯發科、恩智浦等芯片巨頭。

2020年7月底,三星電子稱,因客戶庫存準備增長,其芯片代工業務取得了創紀錄的季度和半年度營收,還透露已開始大規模量產5nm芯片,並且正在研發4nm工藝。按三星原定規劃,它將從2020年8月開始大規模生產三星5nm Exynos芯片。目前宣布采用三星5nm工藝製程有高通、谷歌等。但近日有報道稱,三星在5nm EUV工藝良品率方面遇到問題。

而在更先進的3nm工藝上,三星率先采用了突破性的GAA環繞柵極晶體管技術,以製造出密度更高的芯片。

台積電3nm則繼續沿用FinFET晶體管架構,到第二代3nm或2nm才會升級到GAA技術。


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在今天的台積電技術研討會上,台積電分享了一些可以超越3nm的行業進展,如nanosheet、nanowire等技術,以及高遷移率通道、2D晶體管和碳納米管等新材料,不過它並未提供關於將采用何種技術的細節。

台積電已深耕nanosheet技術超過15年,並已證明其可以生產在0.46V下工作的32Mb納米片SRAM器件。台積電還確定了幾種適用於2D的非矽材料,它們可以將溝道厚度控製在1nm以下。另外台積電也在研究碳納米管這種新型底材。

與此同時,無論是台積電還是三星,都在加快研發更先進的封裝技術。

04、結語:更先進的工藝競爭,不確定的未來


7nm、5nm、3nm、2nm……隨著先進製程節點逐漸趨於零值,新的問題正擺在先進芯片製造商們面前。

一方面,一些業內人士開始探討,是不是有更加科學合理的命名法,來取代現有芯片製程命名邏輯。

另一方面,並非所有芯片都需要追求最先進的製程工藝。芯片縮放固然有助於提高性能,但隨著芯片製造工藝不斷逼近物理極限,成本越來越高,增益卻在減少,綜合性價比未必會有競爭力。

當然無論前路存在多少不確定性,先進製程仍將是台積電、三星與英特爾這三大巨頭角逐最先進技術的戰場,或許,未來的入局者還會有中芯國際。

編輯/Jeffy

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標題:台積電公布3nm技術細節,明年試產!正建8000人2nm新研發中心

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財經新聞常見問題 FAQ

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為何銀色債券以債務工具於中央結算系統(CMU) 作清算及儲存 ?

根據銀色債券發行通函,若客戶經配售銀行申請銀色債劵,所分配的銀色債券會以債務工具於中央結算系統(CMU)作清算。

甚麼是債券?

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甚麼是證券?

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為何我經銀行IPO申請獲分配的通脹掛鈎債券以債務工具於中央結算系統(CMU) 作清算及儲存?

根據通脹掛鈎債券發行通函, 若客戶經配售銀行申請該債劵, 所分配的債券會以債務工具中央結算系統(CMU)作清算,及在銀行的債券買賣服務透過場外交易買賣。

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單位信託基金亦稱互惠基金為投資者提供多元化投資機會,方法是由基金經理把眾投資者的資金,匯聚成一筆龐大基金,用以在廣泛地區及市場作不同的投資。所以,即使個人的投資額不大,投資者亦可參予全球各地市場的證券、債券、貨幣及商品投資。這種多元化投資稱為投資組合。單位信託基金提供多項有利因素:分散風險:由於分散投資,故基金的風險通常低於投資單一股票。但不同的基金,其風險和回報的水平,當然亦會有差異。專業管理:基金經理的日常工作主要是研究和管理投資。個人投資者一般很難像基金經理對全球市場有透徹的認識,但如果購買單位信託基金,便可享有基金經理提供的專業知識。投資全球市場:透過單位信託基金,您的資金可運用於個人投資者未必能夠涉足的海外市場,從而擴闊投資範疇。經濟效益:由於大量投資者的資金以單一基金處理,故能平均攤銷經營成本和佣金,減低個人投資者支付的費用。流動性:您可在任何交易日(但基金所掛屬國家的公眾假期除外)買賣單位信託基金,增加資金流動性。有些單位信託基金產品與各證券交易所上市的指數期權掛屬,亦有時與貨幣期權掛屬。這種基金的風險略高於多元化的基金組合。

什麼是結構投資產品?它是如何運作的?

結構投資產品是涉及衍生工具的投資產品,其回報﹑到期金額及/或其結算方法是參照1) 任何一項或多於一項的參考資產的價格、價值或水平的變動; 及/或 2) 任何事件的發生或不發生而釐定。

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如何經銀行投資外匯?

您可以經銀行透過多種方法投資外匯。您可使用24小時外幣兌換服務讓您隨時隨地透過網上理財或流動理財設立兌換指示。若您對個別外幣有特定的目標兌換價,您可透過外匯限價買賣服務預設指示。若您想以定期儲蓄的形式累積外幣或人民幣,您可透過外幣/人民幣轉存服務預設兌換指示,我們會根據您的預設指令自動替您執行指示。

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