本報(bào)記者 譚倫 北京報(bào)道
繼今年6月首度公布2納米制程路線圖后，備受關(guān)注的芯片制造巨頭臺(tái)積電的高端制程量產(chǎn)推進(jìn)時(shí)間表也于近日敲定。
公開報(bào)道指出，臺(tái)積電先進(jìn)制程目前進(jìn)展順利，3納米將于今年下半年量產(chǎn)，升級(jí)版的3納米制程將于2023年量產(chǎn)，2納米則預(yù)計(jì)于2025年量產(chǎn)。
作為全球最先進(jìn)的芯片制程，臺(tái)積電2納米首次采用全新架構(gòu)。據(jù)臺(tái)積電總裁魏哲家在此前的技術(shù)論壇上透露，相較3納米制程，采用新架構(gòu)的2納米制程芯片在相同功耗下頻率可提升10%至15%，在相同頻率下功耗能降低25%至30%。
值得注意的是，2納米將是臺(tái)積電工藝制程方面的一個(gè)轉(zhuǎn)型節(jié)點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的架構(gòu)工藝已經(jīng)接近效能極限，臺(tái)積電最大的對(duì)手三星、英特爾已經(jīng)在3納米上使用最新工藝架構(gòu)，但或是出于保守考慮，臺(tái)積電3納米仍然沿用了傳統(tǒng)架構(gòu)工藝，這使得業(yè)內(nèi)對(duì)臺(tái)積電3納米芯片的性能產(chǎn)生了頗多質(zhì)疑。
而隨著最新制程的時(shí)間表陸續(xù)敲定，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，臺(tái)積電將進(jìn)一步拉開與三星、英特爾的差距。CHIP全球測(cè)試中心中國(guó)實(shí)驗(yàn)室主任羅國(guó)昭向《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者表示，臺(tái)積電在2納米制程上的轉(zhuǎn)型發(fā)力如果成功，會(huì)將此前在頭部客戶積累上的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步放大，這也意味著全球芯片制造市場(chǎng)的馬太效應(yīng)或?qū)⑦M(jìn)一步加劇。
架構(gòu)迭代的戰(zhàn)略差異
雖然新架構(gòu)的市場(chǎng)前景未明，但放棄傳統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)執(zhí)行業(yè)牛耳的臺(tái)積電而言，或許只是遲早的事情，尤其是在三星、英特爾的步步進(jìn)逼之下，舊架構(gòu)的短板尤為凸顯。
長(zhǎng)久以來(lái)，芯片制造廠商在先進(jìn)制程方面都采用了鰭式場(chǎng)效電晶體（FinFET）架構(gòu)，尤其是在臺(tái)積電內(nèi)部，F(xiàn)inFET的技術(shù)積累尤為成熟，這也助其持續(xù)在先進(jìn)制程的研發(fā)上保持領(lǐng)先。
但隨著芯片進(jìn)入5納米范圍以下，F(xiàn)inFET的弊端也開始顯現(xiàn)。一位國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片廠商的技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者，集成電路工作通電時(shí)內(nèi)部晶體管會(huì)存在漏電效應(yīng)。“傳統(tǒng)上可以通過(guò)控制晶體管的間距降低這種影響，但當(dāng)制程低到一個(gè)極限時(shí)，漏電的影響無(wú)可避免。”該負(fù)責(zé)人表示。
而在業(yè)內(nèi)這個(gè)極限節(jié)點(diǎn)普遍被認(rèn)為是3納米，雖然臺(tái)積電宣稱通過(guò)技術(shù)改進(jìn)很好地解決了漏電問(wèn)題，但意圖趕超臺(tái)積電的三星已搶先做出改變，使用了新的全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體（GAAFET）結(jié)構(gòu)，并宣布在2022年推出3納米GAA（全環(huán)繞柵極晶體管）的早期版本，而其“性能版本”將在2023年出貨。
“新架構(gòu)還不算很成熟，臺(tái)積電歷來(lái)是穩(wěn)扎穩(wěn)打的風(fēng)格，在3納米策略上應(yīng)該還是不想太冒進(jìn)。但三星不一樣，他們?cè)?納米上已經(jīng)極大落后于臺(tái)積電，想要趕超也只能放手一搏�！卑雽�(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分析師季維告訴記者。
季維表示，其實(shí)臺(tái)積電一直在進(jìn)行GAAFET的研發(fā)，并預(yù)備在2納米上再?gòu)腇inFET切換到GAAFET，這樣在成本過(guò)渡上會(huì)更為合理，而在3納米方面臺(tái)積電也升級(jí)了相應(yīng)的FinFET架構(gòu)，依然保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。
值得注意的是，三星也的確為激進(jìn)的制程策略付出了代價(jià)。由于新架構(gòu)的良率出現(xiàn)問(wèn)題，三星2021年中期宣布原本計(jì)劃于2022年投產(chǎn)的3納米芯片延期一年至2023年，與臺(tái)積電幾乎一致。因此，從結(jié)果而論，三星的搶跑計(jì)劃并沒有成功實(shí)現(xiàn)。
羅國(guó)昭認(rèn)為，對(duì)手握蘋果等眾多一線廠商訂單的臺(tái)積電來(lái)說(shuō)，產(chǎn)線和出貨穩(wěn)定性的優(yōu)先級(jí)是高于技術(shù)創(chuàng)新的。這種穩(wěn)定性也意味著，只有達(dá)到十足的把握，臺(tái)積電才會(huì)在2納米上采用新架構(gòu)。
成熟制程仍是主流
雖然高精尖制程激戰(zhàn)正酣，但對(duì)芯片市場(chǎng)而言，成熟制程仍是主流市場(chǎng)需求。
臺(tái)積電公布的數(shù)據(jù)顯示，即便是目前使用最先進(jìn)5納米制程的5G智能手機(jī)，也存在著非常多的成熟制程芯片，如各類傳感器、音頻、射頻、電源管理等芯片。單臺(tái)手機(jī)攜帶數(shù)量接近100顆，而其主要的制程工藝多在28納米以下，有些甚至達(dá)到微米級(jí)。
“臺(tái)積電和三星這些年的制程競(jìng)賽吸引太多了市場(chǎng)的關(guān)注。其實(shí)從需求層面來(lái)看，10納米以上尤其是28納米以上才是全球芯片產(chǎn)業(yè)出貨量最高的產(chǎn)品。”季維表示，這一方面是需求決定，另一方面是高精制程的成本所決定。
國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告指出，以采用FinFET工藝的5納米芯片為例，其設(shè)計(jì)成本是28納米制程的近8倍，而更復(fù)雜的GAAFET架構(gòu)的成本則更高，而這只是芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的費(fèi)用。芯片代工廠商實(shí)際研發(fā)技術(shù)、建廠、買生產(chǎn)設(shè)備耗費(fèi)的資金尚未計(jì)算在內(nèi)。
“像很多行業(yè)一樣，這種高成本的游戲注定只是頭部幾家廠商玩得起，大多數(shù)主流廠商仍會(huì)集中在市場(chǎng)的主流需求上。”羅國(guó)昭表示，以英特爾為例，其此前在7納米上的研發(fā)雖然延期，但除股價(jià)波動(dòng)外，營(yíng)收與利潤(rùn)并未受到過(guò)多沖擊，正是由于其10納米及以上產(chǎn)品才是其出貨的核心。
羅國(guó)昭表示，以此前缺芯最嚴(yán)重的汽車行業(yè)為例，最為緊缺的微控制器芯片生產(chǎn)主要采用8英寸晶圓，芯片的制程普遍在45~130納米之間，這使得芯片市場(chǎng)除巨頭外，對(duì)先進(jìn)制程的熱情并不會(huì)過(guò)多投注精力。
TrendForce最新預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，2022年全球晶圓代工產(chǎn)能年增約14%，其中12英寸年增幅達(dá)到了雙位數(shù)18%。而12英寸新增產(chǎn)能當(dāng)中約65%為28納米及以上的成熟制程，因此預(yù)計(jì)成熟制程產(chǎn)能年增率有望達(dá)到20%。
三巨頭決戰(zhàn)2納米
隨著頂尖制程進(jìn)入2納米節(jié)點(diǎn)，臺(tái)積電、三星、英特爾三大芯片巨頭也將迎來(lái)新的對(duì)決。
公開信息顯示，目前臺(tái)積電2納米廠二期擴(kuò)建計(jì)劃用地已經(jīng)敲定，計(jì)劃于今年三季度動(dòng)工；三星則在今年7月宣布，已開始初步生產(chǎn)采用GAAFET架構(gòu)的3納米工藝芯片，而2納米GAAFET工藝的量產(chǎn)時(shí)間也同樣定在2025年；英特爾方面此前則承諾到2025年重新獲得芯片制造技術(shù)的領(lǐng)先地位，并將投產(chǎn)2納米的時(shí)間目標(biāo)定在2024年。
值得注意的是，英特爾還發(fā)布了1.8納米的時(shí)間表。據(jù)英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格表示，1.8納米將比計(jì)劃提前六個(gè)月推出，即在2024年底市場(chǎng)便能看見其動(dòng)向。
季維此前向記者表示，如果英特爾能夠如期推出1.8納米制程，那顯然將趕上臺(tái)積電、三星的研發(fā)進(jìn)度，甚至改變目前“雙雄爭(zhēng)霸”的競(jìng)爭(zhēng)格局。TrendForce數(shù)據(jù)顯示，截至2021年末，臺(tái)積電是全球最大的芯片代工企業(yè)，其市場(chǎng)份額接近52.9%，而三星位居第二，市場(chǎng)份額為17.3%。
但是，對(duì)于英特爾發(fā)起的挑戰(zhàn)，羅國(guó)昭認(rèn)為，芯片市場(chǎng)的反饋往往需要一個(gè)較長(zhǎng)周期，而在英特爾此前在10納米及7納米上被臺(tái)積電、三星拉開差距后，尋回客戶的信任也需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此趕上將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程�！爸辽僭谀壳暗娜虼し蓊~上，英特爾還落后于聯(lián)電、格羅方德等對(duì)手�！彼硎�。
更為重要的是，在羅國(guó)昭看來(lái)，臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)建立，且這一優(yōu)勢(shì)建立在頂尖制程上。臺(tái)積電2021年的財(cái)報(bào)顯示，5納米芯片的出貨量占據(jù)了其總營(yíng)收的20%，7納米占據(jù)了30%。“這代表先進(jìn)制程幾乎占了臺(tái)積電一半的營(yíng)收，這個(gè)比例是很可怕的�！绷_國(guó)昭表示，這意味著臺(tái)積電在先進(jìn)制程上與對(duì)手的優(yōu)勢(shì)不但很難縮小，而且可能進(jìn)一步拉大。
此外，公開信息顯示，臺(tái)積電2022年下半年的資本支出還將大幅提升，明年或超過(guò)400億美元，其中2023~2025年來(lái)自蘋果、英特爾、超微、英偉達(dá)等大客戶的3納米晶圓代工強(qiáng)勁需求占主要部分。
在此背景下，臺(tái)積電無(wú)疑仍牢牢把握著2納米的優(yōu)勢(shì)。季維認(rèn)為，在可見的未來(lái)，三星、英特爾暫時(shí)還無(wú)法趕超臺(tái)積電，全球芯片代工市場(chǎng)一超兩強(qiáng)的格局或?qū)⒀永m(xù)。
記者就納米制程相關(guān)問(wèn)題向臺(tái)積電、三星、英特爾聯(lián)系采訪，截至發(fā)稿時(shí)未獲回復(fù)。
