台積電計劃2025年推出2nm芯片,爲何台積電要瘋狂“卷”工藝?

看科技有銘程 2024-05-26 10:16:35

5月24日,台媒《MoneyDJ 理財網》報道,台積電高管在2024年技術論壇新竹場上稱,其采用GAA 晶體管技術的2nm 制程進展“非常順利”,目前納米片的“轉換表現”已達到目標90%,按良率計算也超過了80%,計劃在2025年實現量産,將繼續成爲代工業界最領先的技術。

在2026下半年,台積電將量産兩個2nm家族變體制程:N2P 和 A16。

N2P性能比N2提升5%-10%,相同頻率和密度下功耗降低5%-10%。

A16工藝將正式引入背面供電技術,該工藝可在相同工作電壓下,頻率提升8%-10%,在相同頻率下功耗降低15%-20%,密度至高提升10%。

可以看出,台積電在制程叠代方面非常積極,甚至可以用“卷”來形容。

那麽爲什麽台積電如此執著于“卷”工藝,那是因爲台積電嘗到了技術叠代的甜頭。

2009年,後金融危機時期,台積電仍然沒緩過勁來,內部裁員、客戶取消訂單的事依然發生。

78歲的張忠謀不得不再次回到台積電,挽救這座瀕臨倒塌的大廈。

張忠謀回歸第一件事就是押寶28nm工藝,他將資本支出提升了一倍,達到了59億美元,震驚了整個芯片界,甚至有人認爲張忠謀“瘋了”。

但是,誰也沒想到,這個決定會讓台積電走向走向晶圓代工的巅峰。

老將蔣尚義臨危受命,面對三星、格羅方德、聯電等強勁的對手,他展現出了智慧和能力,更重要的是運氣。

台積電選擇了後閘級方案,而三星選擇了前閘級。在當時,誰也無法確定,哪種方案更合適,更容易取得成功。

經過4年左右的研發,2011年,台積電率先實現了28nm工藝的量産,時間節點早于三星,成爲了第一家28nm工藝晶圓代工廠商,蔣尚義團隊賭贏了。

贏者通吃,台積電不僅拿到了大量的訂單,進一步鞏固了市場地位,還把競爭對手格羅方德、聯電甩在了身後。

蘋果、高通、AMD、英偉達紛紛把手機芯片訂單交給台積電,台積電28nm營收當年就達到了1.5億美元,之後又迅速增長至60億美元、76.8億美元。

台積電也在28nm工藝上,建立了四大技術平台,包括手機SoC、高效運算、汽車電子、物聯網。

2016年,台積電28nm工藝占據市場的60%,整個芯片市場代工份額達到了50.6%。

嘗到了技術叠代的甜頭,台積電將主要目標集中到了蘋果身上,因爲它認爲蘋果是能夠給它帶來更大利益的超級客戶。

蘋果作爲智能手機的領導者,A系列仿生芯片和iOS操作系統都優于競爭對手,爲了保持這種優勢,蘋果和台積電開始了越來越密切的合作。

台積電的10nm、7nm、5nm、3nm都優先得到了蘋果的使用和認可,蘋果爲台積電帶來了大量的先進的訂單,同時雙方還開展了密切的技術合作。

早在2014年,台積電與蘋果就簽署了“共生協議”,蘋果承諾成爲台積電新工藝的第一個客戶,分擔台積電先進工藝研發費用和工廠建設費用。

作爲回報,台積電只收取蘋果良品芯片的費用,也就是業內所稱的“已知合格芯片”。

雙方的這種合作模式,讓台積電徹底放開了手腳,在先進工藝研發投入上毫不吝啬,畢竟身後有蘋果這樣的大金主。

而新工藝一旦成熟後,就可以向高通、英偉達、AMD收取高額代工費了,從蘋果那裏少賺的,可以從其他客戶身上加倍賺回來。

而反觀三星,因爲沒有蘋果這樣的大金主,凡事都要靠自己,所以在先進工藝上總是落後台積電那麽一點點,但正是這一點點讓三星與台積電的份額相差了45%,成了前年老二。

台積電“卷”工藝,對中國芯片有什麽影響?

我們都知道國産芯片在制造方面嚴重落後,內地最先進的晶圓代工廠商中芯國際,目前工藝制程還停留在7nm,因爲缺少EUV光刻機,5nm工藝很難量産。

中芯國際斥資1700億建設的4座晶圓廠,也基本都是成熟工藝。

而台積電在先進制程方面快速的叠代,會把更多的芯片帶入到先進制程領域中,

以汽車芯片爲例,一輛高端智能電動汽車芯片數量可達到3000顆,涉及智能駕駛、微控制單元、功率半導體、模擬數字轉換器、存儲器、電源管理、通信等。

台積電揚言要把這些芯片叠代至7nm以下,當然不是現在,而是2030年。

目前,汽車芯片使用7nm以下工藝的只有自動駕駛、座艙和存儲芯片,數量並不多。但是,隨著技術的發展,成本下降、安全性的提升,其他汽車芯片使用7nm技術也不是不可能。

那麽在7nm以下先進制程芯片中,台積電無疑是最具優勢的,英飛淩、恩智浦、意法半導體自然要選擇台積電代工,甚至國內廠商爲了搶奪市場,也把訂單下給台積電。

這對國內芯片廠商來說不是好消息,訂單減少,生産線空置,設備折舊,足以摧毀一個晶圓代工企業。

那麽要想活下來,只能跟著台積電“卷”工藝,向著7nm、5nm、3nm進軍。但現實是,這些先進工藝需要EUV光刻機。

而EUV光刻機從誕生的那一天起,就對我們禁運,零部件、二手設備都不允許購買。除了自主研發沒有其他方法。

EUV光刻機研發非常難,號稱是人類工業史上最複雜、最精密的設備,ASML表示“世界上沒有任何國家可以單獨完成制造”。

一台設備高達10萬個零部件,ASML動用了3000多家供應商,才完成了這些零部件,然後自己派技術工人進行組裝調試,快則3個月,慢則6個月。

這些供應商比較牛的有德國蔡司、通快、Cymer(被ASML收購),它們在自己的領域內,基本上沒有對手。

而我們要在對應的領域內追平這些公司,同時還要打造出替代其他3000家的企業,難度可想而知。

台積電也是看中了這點,所以快馬加鞭,把2nm工藝制程搞出來,搶占更多的市場份額。而我們要先攻克EUV光刻機。

那有網友問了,是不是我們永遠都追不上台積電了,也不是。

首先,我們正在集中精力研發國産EUV光刻機,中科院、華爲、清華大學等已經取得了技術上的突破。

其次,我們的芯片技術已經攻克了5nm,只要EUV光刻機一到位,我們就能在極短的時間內實現5nm芯片的量産。

最後,到了2nm工藝後,距離摩爾定律的1nm只有一步之遙,可以預料,台積電的技術叠代會放緩,甚至停滯,這給了中國芯片追擊的時機。

此外,地緣政治敏感下,台積電日子也不好過,在美國新投建的晶圓廠遲遲無法投産,而未來“芯片脫鈎”也最終會影響台積電的進步。

換個角度思考,台積電之所以如此瘋狂的“卷”工藝,不就是因爲後面有一個強大的競爭對手嗎?跑的慢了,就會被對手超越,對手進步的越快,自己才越要瘋狂的跑。

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