12月2日消息，據(jù)臺媒《工商時報》報道，目前芯片代工廠龍頭企業(yè)臺積電已經(jīng)完成了Fab 18B工廠的4nm及3nm生產(chǎn)線的建設(shè)，將于近期開始進(jìn)行全新3nm芯片制程工藝測試芯片的正式下線投片的初期實驗性生產(chǎn)，預(yù)計將于2022年第四季度正式進(jìn)入量產(chǎn)階段，并進(jìn)一步拉升產(chǎn)能。

另外，有相關(guān)業(yè)界人士透露，蘋果、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、博通、超微等多個國際知名芯片廠商皆是臺積電3nm芯片制程工藝的主要客戶，在2022～2023年這些芯片廠商將會陸續(xù)完成自家的芯片設(shè)計定案并交由臺積電的3nm制程工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

據(jù)悉，臺積電的3nm芯片制程工藝采用的依舊是FinFET晶體管架構(gòu)，這是當(dāng)前半導(dǎo)體芯片制造行業(yè)的主力軍，是當(dāng)前技術(shù)最成熟，性價比最高，能效最好，已經(jīng)有了支持高效能運算的完整芯片開發(fā)架構(gòu)，并且已經(jīng)能完美運用到智能手機(jī)中。據(jù)業(yè)界人士透露，臺積電近期已經(jīng)開始在其Fab 18B工廠進(jìn)行3nm測試芯片的初期風(fēng)險生產(chǎn)。

芯片高端先進(jìn)制程工藝僅剩兩名玩家

一直以來，在半導(dǎo)體行業(yè)一直廣為流傳著這么一條定律——摩爾定律，按照摩爾定律的說法，集成電路上可容納晶體管的數(shù)量大約每隔18個月便會增加一倍。摩爾定律提出50多年以來，集成電路芯片的性能的確得到了大幅度的提高；但另一方面，芯片生產(chǎn)制造的成本也在相應(yīng)提高；

伴隨著芯片制程工藝的進(jìn)步，芯片每單位能容納的晶體管數(shù)量會越來越多，使芯片性能越強(qiáng)的同時功耗也越低。但是每一次芯片制程工藝的提升，都需要投入大量的資金去進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，才能有所突破，如今，芯片制程工藝已經(jīng)逐漸接近物理極限，技術(shù)難度越來越大，對于資金投入的要求也越來越高，如今的芯片制程工藝已經(jīng)進(jìn)入5nm以下的時代，現(xiàn)在還能活躍在該領(lǐng)域的也只剩下臺積電和三星兩家了。

在芯片代工制造的整個工藝流程中，需要經(jīng)過300道以上的工序，并且每一道工序都不能出現(xiàn)問題，只要在生產(chǎn)過程中任意一道工序出現(xiàn)差錯，都有可能導(dǎo)致大量的芯片報廢。很多時候很小的偏差只有等到芯片制造完成進(jìn)行電性能測試的時候才能發(fā)現(xiàn)，這樣造成的損失就更加龐大。所以，每個芯片代工廠在正式進(jìn)行量產(chǎn)之前，都會有一個風(fēng)險試產(chǎn)的階段。

另外，芯片代工廠需要投入大量的資金才能建設(shè)好一條芯片制造生產(chǎn)線，并且后續(xù)的維護(hù)也需要大量資金投入，生產(chǎn)線建設(shè)完成，需要保證產(chǎn)線有充足的訂單，并盡可能滿負(fù)荷運營才能實現(xiàn)正常盈利。而要想獲得更多的訂單，也需要投入大量資金去研發(fā)更先進(jìn)的制程技術(shù)，只有擁有先進(jìn)的技術(shù)能力，才會被客戶選選擇。

并且，繼續(xù)向下研發(fā)芯片制程工藝，需要用到EUV光刻機(jī)，目前，僅有荷蘭的ASML公司一家能夠制造該光刻機(jī)，因此，EUV光刻機(jī)的產(chǎn)量極其有限，目前，絕大部分ASML公司生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)，都在臺積電和三星手中。

臺積電方面為了滿足蘋果的5nm、3nm產(chǎn)能，今年的資本支出已經(jīng)高達(dá)250億美元以上，其中絕大部分是用于購買EUV光刻機(jī)。

前不久三星高層訪問ASML總部，就是為了敦促ASML能夠盡快交付EUV光刻機(jī)，其緊俏程度，可見一斑。

因此，在龐大的資金壓力及設(shè)備短缺的環(huán)境下，大多數(shù)芯片廠商都放棄了繼續(xù)追求高端芯片制程工藝，現(xiàn)在只剩下臺積電和三星還在繼續(xù)研發(fā)5nm以下的制程技術(shù)，目前臺積電與三星正在研發(fā)3nm芯片制程工藝，并都宣布將在2022年實現(xiàn)量產(chǎn)。

臺積電穩(wěn)扎穩(wěn)打，加大先進(jìn)制程工藝資金投入

與三星想要利用新興的芯片制程架構(gòu)GAA（全柵閘）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)彎道超車不同，臺積電的3nm芯片制程工藝依舊選擇了當(dāng)前技術(shù)水平最成熟穩(wěn)定的FinFET架構(gòu)，并依靠“創(chuàng)新功能”實現(xiàn)了3nm制程工藝全節(jié)點縮放。

相較于5nm芯片制程工藝，臺積電新的3nm工藝在相同功率水平下將性能提高10－15％，在功耗上實現(xiàn)有效降低30％，晶體管密度提升了70％左右。臺積電預(yù)計將在2021年進(jìn)行3nm芯片風(fēng)險試產(chǎn)，并在2022年正式實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

臺積電在2021年的資金支出中，由此前次公布的250－280億美元，調(diào)升至300億美元，較去年大增74％，預(yù)計將在三年內(nèi)共計總投資達(dá)1000億，其中有八成將用于先進(jìn)芯片制程技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)線建設(shè)上。據(jù)悉，臺積電南科Fab 18超大型芯片代工廠將新建P1～P4共4座5nm及4nm芯片制程產(chǎn)業(yè)線，P5～P8共4座3nm芯片制程產(chǎn)線；其中，P1～P3的Fab 18A代工廠已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，P4～P6的Fab 18 B代工廠中已經(jīng)建設(shè)完成的生產(chǎn)線即將進(jìn)入風(fēng)險試產(chǎn)階段。

在當(dāng)前的芯片代工制造行業(yè)里，臺積電無疑是目前世界上最大的芯片代工制造廠商，占據(jù)了54％的市場份額，2020年，臺積電實現(xiàn)全年營收約3081億元，凈利潤高達(dá)1191億元。

結(jié)語

此前，臺積電總裁魏哲家表示，臺積電在制程工藝上的先進(jìn)技術(shù)與強(qiáng)勁的客戶需求，將會使3nm成為臺積電大規(guī)模且被長期需求的一項先進(jìn)制程技術(shù)。

另外，當(dāng)前市場規(guī)模龐大的5G智能手機(jī)芯片市場及HPC運算芯片將會使臺積電3nm制程工藝的主要投入方向，蘋果和高通將是臺積電3nm制程工藝的首要客戶，預(yù)計臺積電2023～2024年的營收將受惠于3nm制程工藝而創(chuàng)下新高。

如今，隨著5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備等行業(yè)的快速發(fā)展，對于半導(dǎo)體芯片性能的要求也越來越大，由于沒有任何一種芯片技術(shù)可以長久維持統(tǒng)治地位，滿足所有領(lǐng)域的要求，因此，在芯片不斷發(fā)展進(jìn)步的過程中，各大芯片制造商必須在技術(shù)研發(fā)上持續(xù)開拓創(chuàng)新，才能維持自身的競爭力，如何從技術(shù)、市場與成本中取得最大的利益，將是芯片制造商間競爭的關(guān)鍵所在。