臺(tái)積電重金砸向 1、2nm 工藝：1nm芯片要來(lái)了？

近日，臺(tái)積電確定要在臺(tái)中的中科園區(qū)建座 100 公頃的工廠，總投資額高達(dá) 8000 億-1 萬(wàn)億新臺(tái)幣 (約 289 億~361 億美元)。這一投資包括未來(lái) 2nm 制程的工廠，后續(xù)演進(jìn)的 1nm 制程的廠區(qū)也會(huì)落在該園區(qū)。

業(yè)界預(yù)計(jì)，臺(tái)積電 2nm 工藝將在在 2024 年試生產(chǎn)，并在 2025 年量產(chǎn)，1nm 工藝將在此之后。另外，1nm 之后，臺(tái)積電將進(jìn)入更新世代的“埃米”制程 (埃米是納米的十分之一)，埃米世代制程有意落腳高雄，但臺(tái)積電并未證實(shí)。

臺(tái)積電的老對(duì)手三星和英特爾也沒(méi)有坐以待斃。

三星掌門(mén)人李在镕在美國(guó)拜訪后不久，三星正式官宣將在美國(guó)得克薩斯州建立一座芯片生產(chǎn)基地，耗資 170 億美元，最快在 2024 年投產(chǎn)。

英特爾此前在制程工藝上稍有落后，在歷經(jīng)高層震蕩后最新宣布將在馬來(lái)西亞投資 300 億林吉特(約合 71 億美元)的計(jì)劃，未來(lái) 10 年將在馬來(lái)西亞建設(shè)封測(cè)產(chǎn)線，意圖重新回到牌桌。從市占率來(lái)看，臺(tái)積電無(wú)疑處于上風(fēng)，但三星和英特爾也開(kāi)始加碼投入，疫情帶來(lái)的芯片缺貨潮被看作是難得一遇的超車(chē)機(jī)會(huì)，當(dāng)下的擴(kuò)張只是后續(xù)軍備競(jìng)賽的一次鳴槍。

12月28日新浪科技消息，有國(guó)外媒體報(bào)道，臺(tái)積電正在按照原有計(jì)劃展開(kāi)2nm工藝的研發(fā)和量產(chǎn)，據(jù)悉，臺(tái)積電2nm工廠的建設(shè)已經(jīng)提上日程。

2nm工廠的選址在臺(tái)中的中科園區(qū)，預(yù)計(jì)2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，是新竹園區(qū)之后的第二個(gè)2nm晶圓廠。

值得一提的是，臺(tái)積電的動(dòng)作遠(yuǎn)比想象中快，該公司不僅在為2nm工藝做打算，連1nm芯片相關(guān)事宜也做好了計(jì)劃。

12月29日快科技消息，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，臺(tái)中建廠的計(jì)劃為未來(lái)的1nm工藝預(yù)留了可能。

如果一切順利的話，臺(tái)積電將會(huì)在臺(tái)中建設(shè)1nm晶圓廠。

據(jù)近日消息稱，臺(tái)積電確定將于臺(tái)中的中科園區(qū)建座100公頃的工廠，總投資額高達(dá)289億~361億美元，本次投資可能是在為未來(lái)運(yùn)作2nm制程，以及后續(xù)1nm制程的廠區(qū)做準(zhǔn)備。

廠建成后預(yù)計(jì)每年用電量可以達(dá)到75萬(wàn)千瓦，當(dāng)?shù)匾粋€(gè)發(fā)電機(jī)組每年的發(fā)電量是55萬(wàn)千瓦。

也就是說(shuō)，全年需要差不多1.5臺(tái)機(jī)組保障臺(tái)積電新工廠的用電需求。而當(dāng)?shù)啬壳翱偣簿椭挥?0臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

2nm：MBCFET

在工藝下降到5nm之前，F(xiàn)inFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)一直是很好的。

當(dāng)達(dá)到原子水平 (3nm是25個(gè)硅原子排成一行) 時(shí) ，F(xiàn)inFET開(kāi)始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，可能不再適用于更進(jìn)一步的工藝水平。

在2nm工藝上，臺(tái)積電并沒(méi)有直接使用三星規(guī)劃在3nm工藝上使用的GAAFET (環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，也就是納米線(nanowire)，而是將其拓展成為MBCFET(多橋通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，也就是納米片(nanosheet)。

GAAFET是一個(gè)周?chē)际情T(mén)的場(chǎng)效應(yīng)管。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，全面柵極場(chǎng)效應(yīng)管可以有兩個(gè)或四個(gè)有效柵極。

通過(guò)在柵極上施加電壓，你可以控制源極和漏極之間的電流，將其從0切換到1，并創(chuàng)建一個(gè)處理器的二進(jìn)制邏輯。

從GAAFET到MBCFET，從nm線到nm片，可以視為從二維到三維的躍進(jìn)，能夠大大改進(jìn)電路控制，降低漏電率。

2nm采用以環(huán)繞閘極(GAA)制程為基礎(chǔ)的MBCFET架構(gòu)，可以解決FinFET因制程微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問(wèn)題。

1nm：「鉍」密武器

今年5月，麻省理工學(xué)院(MIT)的孔靜教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)探索了一個(gè)新的方向：使用原子級(jí)薄材料鉍(Bi)代替硅，有效地將這些2D材料連接到其他芯片元件上。

應(yīng)該也會(huì)落在該園區(qū)。此前已有消息顯示，臺(tái)積電2nm工藝將在2024年進(jìn)行試產(chǎn)，并有望于2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，1nm 工藝則排在其后。與此同時(shí)，在臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)1nm制程工藝之后，其將會(huì)進(jìn)入“埃米”制程時(shí)代(埃米是納米的十分之一)。

但值得注意的是，之前的時(shí)候，臺(tái)積電和三星都說(shuō)在明年量產(chǎn)3nm工藝芯片，可是現(xiàn)在有消息說(shuō)，臺(tái)積電3nm試產(chǎn)失敗!IBM說(shuō)已經(jīng)研發(fā)出了首顆2納米芯片，那么這個(gè)2nm芯片量產(chǎn)要到什么時(shí)候了呢?現(xiàn)在最高制程還停留在5nm上，而第一個(gè)用上5nm芯片的是iPhone 12系列。

業(yè)界預(yù)計(jì)，臺(tái)積電 2nm 工藝將在在 2024 年試生產(chǎn)，并在 2025 年量產(chǎn)，1nm 工藝將在此之后。另外，1nm 之后，臺(tái)積電將進(jìn)入更新世代的“埃米”制程 (埃米是納米的十分之一)，埃米世代制程有意落腳高雄，但臺(tái)積電并未證實(shí)。