量產(chǎn)終點(diǎn)逼近，圍繞3nm節(jié)點(diǎn)，全球巨頭們的競(jìng)賽正在激烈進(jìn)行

9月5日消息，臺(tái)積電(TSMC)日前發(fā)布消息稱，將于2022年內(nèi)在大阪市設(shè)立負(fù)責(zé)研發(fā)的基地。這是在日本負(fù)責(zé)研發(fā)的TSMC Design Technology Japan公司的第二個(gè)基地，將負(fù)責(zé)技術(shù)開(kāi)發(fā)和客戶支持等工作。臺(tái)積電9月2日于神奈川縣橫濱市舉行的技術(shù)說(shuō)明會(huì)上宣布了這一消息。統(tǒng)管業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的高級(jí)副總裁Kevin Zhang表示，將為了在日本靈活運(yùn)用優(yōu)秀人才而進(jìn)行更多投資。

臺(tái)積電屬于中國(guó)企業(yè)，在芯片研發(fā)上位于世界前列。但如今臺(tái)積電的股市下跌明顯，甚至超過(guò)了2萬(wàn)億，這種情況的出現(xiàn)和美國(guó)脫不了干系。

作為世界芯片名企，臺(tái)積電一直有著深厚的芯片技術(shù)，這也讓許多國(guó)外企業(yè)爭(zhēng)相購(gòu)買他們的芯片，比如美國(guó)的蘋(píng)果公司就將臺(tái)積電的芯片作為iphone14的零件之一，全球的車企也受臺(tái)積電芯片供應(yīng)的影響。

近年來(lái)，臺(tái)積電為了擴(kuò)大自己的產(chǎn)業(yè)模式，開(kāi)始對(duì)外宣布在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)打造下一個(gè)大型產(chǎn)業(yè)基地，并將花費(fèi)近1300億人民幣研發(fā)3mm芯片。

臺(tái)積電采用穩(wěn)扎穩(wěn)打的模式，當(dāng)前7nm芯片已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，預(yù)測(cè)在年底會(huì)擴(kuò)大產(chǎn)量近一倍。在生產(chǎn)7nm芯片的同時(shí)，5nm芯片也開(kāi)始了量產(chǎn)，在各方面的性能都優(yōu)于7nm芯片。臺(tái)積電還希望在2022年就將3nm芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同時(shí)開(kāi)始了2nm芯片的研發(fā)。

芯片的研發(fā)一直都是世界級(jí)技術(shù)難題，能造出高端芯片的企業(yè)屈指可數(shù)，臺(tái)積電的此番操作更是讓世界為之一動(dòng)，都認(rèn)為臺(tái)積電的技術(shù)會(huì)更上一臺(tái)階。但誰(shuí)也沒(méi)想到，此消息一經(jīng)宣布，臺(tái)積電的股價(jià)就下跌2萬(wàn)億人民幣，這和人們預(yù)知的大相徑庭。

按照一般規(guī)律來(lái)看，臺(tái)積電加大對(duì)研發(fā)的投入應(yīng)該會(huì)讓股價(jià)大漲。究其原因，還是美國(guó)在背后操作。

一直以來(lái)，美國(guó)就對(duì)中國(guó)的發(fā)展虎視眈眈，一心想用各種方法來(lái)阻止中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。中國(guó)的芯片大部分都采用進(jìn)口，國(guó)內(nèi)研發(fā)芯片的成就相對(duì)于美國(guó)還是很少，這樣很容易被別的國(guó)家“一刀切”。

2019年，美國(guó)就在芯片問(wèn)題上對(duì)中國(guó)實(shí)施了限制，包括華為、中芯國(guó)際等知名企業(yè)都被列為限制對(duì)象。我國(guó)許多企業(yè)對(duì)芯片的研發(fā)還沒(méi)有到達(dá)自給自足的地步，大部分國(guó)內(nèi)企業(yè)都依賴臺(tái)積電，這樣很容易受美國(guó)的操縱。

美國(guó)可以任意修改芯片制作規(guī)則，這也是造成華為與臺(tái)積電失去合作的原因。美國(guó)想將自己國(guó)內(nèi)大量的芯片產(chǎn)業(yè)鏈與臺(tái)積電合作，其合作公司有蘋(píng)果、英特爾等科技巨頭。用巨大的利益來(lái)讓臺(tái)積電斷供華為等中國(guó)企業(yè)，從而在一定程度上控制臺(tái)積電，這樣的結(jié)果就是臺(tái)積電不和中國(guó)企業(yè)合作也能獲得巨大的利潤(rùn)。

據(jù)semiwiki報(bào)道，在最近的VLSI技術(shù)與電路研討會(huì)上，臺(tái)積電研發(fā)高級(jí)副總裁YJ Mii博士發(fā)表了題為“Semiconductor Innovations, from Device to System”的演講。該演示文稿提供了對(duì)臺(tái)積電未來(lái)研發(fā)計(jì)劃的見(jiàn)解，超越了當(dāng)前的路線圖。還強(qiáng)調(diào)了正在研究的技術(shù)的相關(guān)挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了 Mii 博士的精彩演講。

Mii 博士首先對(duì)未來(lái)終端市場(chǎng)的增長(zhǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并強(qiáng)調(diào)了持續(xù)提高高性能計(jì)算吞吐量的必要性和對(duì)能效的關(guān)注。對(duì)于 HPC 的需求，他分享了一個(gè)“數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)熱潮”的預(yù)測(cè)，如下圖所示。例如，“智能”工廠預(yù)計(jì)每天收集、監(jiān)控和分析 1 PB 的數(shù)據(jù)。

他進(jìn)一步指出，機(jī)器學(xué)習(xí)(訓(xùn)練和推理)對(duì)上述應(yīng)用的支持的作用同樣預(yù)計(jì)也會(huì)擴(kuò)大，這對(duì) HPC 吞吐量提出了進(jìn)一步的要求。Mii 博士評(píng)論說(shuō)，這些 HPC 要求將繼續(xù)推動(dòng)研發(fā)工作，以提高半導(dǎo)體工藝路線圖和先進(jìn)(異構(gòu))封裝技術(shù)中的邏輯密度。

所示架構(gòu)不僅說(shuō)明了 5G(很快，6G)將在我們使用的設(shè)備中普及的程度，而且還說(shuō)明了“邊緣數(shù)據(jù)中心”的運(yùn)營(yíng)。與 HPC 應(yīng)用程序一樣，機(jī)器學(xué)習(xí)算法的影響將無(wú)處不在，需要關(guān)注功率效率。

在介紹臺(tái)積電的一些研發(fā)項(xiàng)目之前，Mii 博士簡(jiǎn)要總結(jié)了最近的半導(dǎo)體工藝技術(shù)創(chuàng)新。

臺(tái)積電表示，臺(tái)積電的 N7+ 技術(shù)于 2019 年第二季度開(kāi)始量產(chǎn)，是首個(gè)將客戶產(chǎn)品大批量投放市場(chǎng)的 EUV 工藝。采用 EUV 技術(shù)的 N7+ 工藝建立在臺(tái)積電成功的 7nm 節(jié)點(diǎn)之上，為 6nm 和更先進(jìn)的技術(shù)鋪平了道路。其中，臺(tái)積電 Fab 15 是N7+ EUV 的生產(chǎn)基地。

他們進(jìn)一步指出，N7+ 量產(chǎn)是 Fab 15 中有史以來(lái)最快的量產(chǎn)之一。它的產(chǎn)量與已經(jīng)量產(chǎn)一年多的原始 N7 工藝相似。在N7+ 引入EUV的時(shí)候，臺(tái)積電的 EUV 工具已達(dá)到生產(chǎn)成熟度，工具可用性達(dá)到了大批量生產(chǎn)的目標(biāo)目標(biāo)，日常操作的輸出功率超過(guò) 250 瓦。

據(jù)臺(tái)積電在早前的技術(shù)大會(huì)上介紹，統(tǒng)計(jì)全球已經(jīng)安裝的EUV光刻機(jī)系統(tǒng)中，他們擁有了其中的 55%。他們進(jìn)一步指出，公司將在 2024 年擁有ASML下一個(gè)版本的最先進(jìn)芯片制造工具——high-NA EUV。

據(jù)anandtech報(bào)道，如今，最先進(jìn)的芯片采用 5/4 納米級(jí)工藝制造，使用 EUV 光刻 ASML 的 Twinscan NXE:3400C(和類似)系統(tǒng)，該設(shè)備具有 0.33的 數(shù)值孔徑 (NA) 光學(xué)器件，可提供 13 nm 分辨率。該分辨率對(duì)于 7 nm/6 nm 節(jié)點(diǎn)(間距為 36 nm ~ 38 nm)和 5nm 節(jié)點(diǎn)(間距為 30 nm ~ 32 nm)的單模式方法來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠好了。但隨著間距低于 30 nm(超過(guò) 5 nm 節(jié)點(diǎn))，13 nm 分辨率可能需要雙光刻曝光，這將在未來(lái)幾年內(nèi)使用。

臺(tái)積電總裁魏哲家在2022年臺(tái)積電技術(shù)論壇上表示，3nm即將量產(chǎn)，時(shí)間就在2022年下半年。

受到疫情影響，臺(tái)積電技術(shù)論壇已經(jīng)有兩年未曾舉辦，時(shí)隔兩年重新舉辦的論壇帶來(lái)了臺(tái)積電3nm芯片的最新進(jìn)展。

“如果有手機(jī)的客戶當(dāng)下采用3nm芯片，明年產(chǎn)品就能問(wèn)世?！迸_(tái)積電副總監(jiān)陳芳在今年8月18日2022南京世界半導(dǎo)體大會(huì)的間歇上對(duì)經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)表示。

9月1日，三星電子對(duì)經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)表示，期待在2024年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，目前該計(jì)劃正照常推進(jìn)。

3nm是目前芯片的一種工藝制程，指芯片中一根晶體管源極和漏極(通俗指的電路正負(fù)極)之間的距離，電子像水流一樣從源流到漏，中間僅有納米級(jí)的間距，而一塊先進(jìn)工藝芯片內(nèi)，通常有數(shù)億個(gè)的晶體管且排布復(fù)雜，越先進(jìn)的工藝生產(chǎn)，芯片越微縮、晶體管越密集，芯片的性能也越強(qiáng)。

由于在22nm節(jié)點(diǎn)上引用FinFET技術(shù)，將晶體管以3D形式排步，芯片的工藝無(wú)法只用納米來(lái)衡量，但業(yè)內(nèi)仍保留了這個(gè)稱呼。

量產(chǎn)終點(diǎn)逼近，圍繞3nm節(jié)點(diǎn)，全球巨頭們的競(jìng)賽正在激烈進(jìn)行。

臺(tái)積電壟斷了全球75%以上的晶圓代工先進(jìn)工藝市場(chǎng)，在先進(jìn)制程上，客戶無(wú)法找到臺(tái)積電的替代品，這也賦予了臺(tái)積電更強(qiáng)的議價(jià)能力，如今在3nm上，三星電子是最有希望做出臺(tái)積電競(jìng)品的公司，這讓客戶有了第二個(gè)選擇。三星電子背后的韓國(guó)政府，正在對(duì)半導(dǎo)體制造業(yè)給予更多資金和技術(shù)的支持。

在上述兩家巨頭外，英特爾也計(jì)劃重返3nm戰(zhàn)場(chǎng)，英特爾在今年4月表示，Intel3(約合7nm)將于2023年下半年量產(chǎn)。該公司的新任首席執(zhí)行官基辛格上任后，啟動(dòng)了IDM2.0計(jì)劃，試圖重返半導(dǎo)體代工業(yè)務(wù)。

臺(tái)積電在財(cái)報(bào)會(huì)中稱3nm是一個(gè)龐大而持久的節(jié)點(diǎn)。

在摩爾定律的主導(dǎo)下，芯片制程延著14nm-7nm-5nm-3nm的路徑不斷迭代，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間中，這似乎是一個(gè)顛撲不破的產(chǎn)業(yè)規(guī)律。