《電子技術(shù)應(yīng)用》
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2納米制程還處于研發(fā)階段,后來(lái)者能否撼動(dòng)頭部企業(yè)的地位?

2022-09-06
來(lái)源:潛力變實(shí)力

8月30日,在“2022臺(tái)積電技術(shù)論壇”上,臺(tái)積電CEO魏哲家表示,臺(tái)積電的3納米芯片即將量產(chǎn),但并不是大家此前預(yù)想的GAA架構(gòu),而是選擇延用FinFET架構(gòu)。至于2納米芯片,可以保證會(huì)在2025年量產(chǎn)。

魏哲家指出,臺(tái)積電3納米的研發(fā)依舊困難重重,工程能力欠缺,正在努力加快量產(chǎn)。最終決定采用FinFET架構(gòu)的主要原因是既要實(shí)用,還要低成本,這樣才能更好地滿(mǎn)足客戶(hù)產(chǎn)品需求,也能保證穩(wěn)定的供應(yīng)能力。而2納米將用新的納米片(nanosheet)技術(shù),在相同功耗下,相比3納米,速度將增快10%~15%,而在相同速度下,功耗則降低25%~30%,成為電晶體密度最小、效能最佳的先進(jìn)制程技術(shù)。

會(huì)上,魏哲家還分享了他觀察到的目前半導(dǎo)體制造的三大改變:一是過(guò)去的電晶體制造技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求,需要向3D IC堆疊的方向發(fā)展。二是所有應(yīng)用產(chǎn)品中,半導(dǎo)體含量都在持續(xù)增加。目前,每年汽車(chē)內(nèi)的半導(dǎo)體含量都增加了近15%。以前臺(tái)積電只是在先進(jìn)制程研發(fā)方面的投資比較多,但隨著CMOS、RF等技術(shù)不斷進(jìn)步,現(xiàn)在成熟制程也需要更多投資,兩者一樣重要。三是供應(yīng)鏈管理是最重要的因素,一個(gè)全球化有效率的供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)代已經(jīng)過(guò)去,所有成本都會(huì)急速增加,臺(tái)積電將與客戶(hù)緊密合作降低風(fēng)險(xiǎn)。8月30日,臺(tái)積電總裁魏哲家在臺(tái)積電2022技術(shù)論壇上表示,3納米即將量產(chǎn),客戶(hù)相當(dāng)踴躍;至于2納米可以保證在2025年量產(chǎn)。

魏哲家表示,3納米有說(shuō)不出的困難,已快要量產(chǎn),客戶(hù)相當(dāng)踴躍、有許多客戶(hù)參與,工程能力有點(diǎn)不足,正盡量努力中。

8月18日,臺(tái)積電副總監(jiān)陳芳在2022年世界半導(dǎo)體大會(huì)上表示,臺(tái)積電3納米芯片將在今年下半年量產(chǎn),已經(jīng)對(duì)部分移動(dòng)和HPC(高性能計(jì)算)領(lǐng)域的客戶(hù)交付,

對(duì)于3納米量產(chǎn)后的新一代芯片2納米時(shí)間表,魏哲家指出,2納米將用新的納米片 (nanosheet) 技術(shù),會(huì)在2025年量產(chǎn),屆時(shí)還是電晶體密度最小、效能最佳的先進(jìn)制程技術(shù)。

據(jù)悉,臺(tái)積電2納米技術(shù)和3納米技術(shù)相比,功效大幅往前推進(jìn)。在相同功耗下,速度增快 10~15%,或在相同速度下,功耗降低 25~30%。

臺(tái)積電此前在北美技術(shù)論壇上表示,2納米技術(shù)在性能和功率效率方面提供全節(jié)點(diǎn)改進(jìn),以支持臺(tái)積電客戶(hù)的下一代產(chǎn)品創(chuàng)新。除了移動(dòng)計(jì)算基準(zhǔn)版本之外,2納米技術(shù)平臺(tái)還包括一個(gè)高性能變體,以及全面的小芯片集成解決方案。

魏哲家也說(shuō),“臺(tái)積有能力設(shè)計(jì)產(chǎn)品但絕對(duì)不會(huì)自己設(shè)計(jì)產(chǎn)品”,“臺(tái)積的成功是來(lái)自客戶(hù)的成功”。他也特別強(qiáng)調(diào),“這點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不一樣,他們客人不管有沒(méi)有成功都會(huì)有自己的產(chǎn)品推出來(lái)?!?/p>

據(jù)臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)6月10日消息,臺(tái)積電2納米建廠計(jì)劃相關(guān)環(huán)保評(píng)審文件已提交送審,力爭(zhēng)明年上半年通過(guò)環(huán)評(píng),隨即交地建廠,第一期廠預(yù)計(jì)2024年底前投產(chǎn)。

28納米制程的開(kāi)發(fā)費(fèi)用大約為5130萬(wàn)美元,16納米制程需要投入1億美元,5納米制程費(fèi)用達(dá)到5.42億美元。如果按照接近兩倍漲幅測(cè)算,在2納米制程上,開(kāi)發(fā)費(fèi)用可能會(huì)將近20億美元

指揮了全球半導(dǎo)體發(fā)展史半個(gè)多世紀(jì)的摩爾定律(集成電路上可容納的晶體管數(shù)量大約每18個(gè)月就會(huì)增加一倍),直到現(xiàn)在還保有頑強(qiáng)生命力。

7月14日,臺(tái)積電在投資者會(huì)議上表示,2納米制程將在2024年試產(chǎn),2025年量產(chǎn)。與3納米制程芯片相比,相同功耗下,2納米芯片速度可以增加10%-15%;相同速度下,功耗可以降低25%-30%。

這個(gè)由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾所提出的定律,帶動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向前推進(jìn)半個(gè)多世紀(jì)。誰(shuí)能率先推動(dòng)摩爾定律的發(fā)展,就能在市場(chǎng)上獲得更多份額,賺得盤(pán)滿(mǎn)缽滿(mǎn)。這也是眾多企業(yè)還在不斷追著摩爾定律跑的原因。

越是高制程,芯片效率越高,但研發(fā)越是艱難,越來(lái)越多的競(jìng)爭(zhēng)者在追逐賽中退出。在成熟制程,全球最主要的競(jìng)爭(zhēng)者有十多家,涉及成熟制程的晶圓廠就有一百多家。進(jìn)入10納米制程之后,全球半導(dǎo)體代工廠僅剩臺(tái)積電(NYSE:TSM)、三星(PINK:SSNLF)和英特爾(NASDAQ:INTC)三家。而在7納米制程之后,全球范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)者就剩下臺(tái)積電和三星。

其實(shí),在2021年,IBM就發(fā)布了全球首顆2納米制程的芯片,根據(jù)公開(kāi)資料,IBM的這顆2納米制程的芯片是將大約500億晶體管放在一片指甲蓋大小的芯片上,與7納米制程的芯片相比,其運(yùn)算速度將快45%,而能效方面則將提高75%。

不過(guò),IBM作為研究機(jī)構(gòu),尚不具備量產(chǎn)的能力,2納米制程芯片從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn),還需要一段時(shí)間。

2納米制程是一個(gè)什么概念?一根頭發(fā)絲的直徑一般是5萬(wàn)納米,2納米相當(dāng)于把頭發(fā)絲軸向剖25000份。

此前,在宣布2納米芯片研發(fā)成功后,IBM宣稱(chēng),一個(gè)指甲大小的2納米芯片就能容納多達(dá)500億個(gè)晶體管。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō),新技術(shù)使芯片降低75%能耗,提高手機(jī)的性能,例如電池的壽命可以延長(zhǎng)將近4倍。

但到了2納米制程后,涉及原有的工藝架構(gòu)、材料、設(shè)備的更新,技術(shù)革新,意味著產(chǎn)業(yè)格局或?qū)⒅匦孪磁?,這也是諸多企業(yè)甚至國(guó)家和地區(qū)決定押注2納米的原因之一。

除了老玩家臺(tái)積電和三星,另一個(gè)傳統(tǒng)芯片據(jù)歐英特爾在2021年7月公布最新技術(shù)路線(xiàn)圖,稱(chēng)將在其2納米制程上轉(zhuǎn)換新的技術(shù)結(jié)構(gòu),以增強(qiáng)新制程的競(jìng)爭(zhēng)力。英特爾在10納米制程之后被指競(jìng)爭(zhēng)乏力。

英特爾此前采用FinFET,即鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管,F(xiàn)inFET工藝在22納米制程之后成為半導(dǎo)體的主流工藝架構(gòu),一直延續(xù)到5納米。英特爾即將在2納米上轉(zhuǎn)換成GAAFET架構(gòu),全環(huán)繞柵極晶體管,這一工藝架構(gòu)被視為FinFET工藝的接任者。

三星在3納米節(jié)點(diǎn)上率先引入GAAFET的工藝,臺(tái)積電也將在2納米節(jié)點(diǎn)上采用GAAFET工藝架構(gòu)。可以理解為,GAAFET工藝就是進(jìn)入2納米制程之后的主流工藝架構(gòu)。

芯片也是國(guó)家和地區(qū)的競(jìng)爭(zhēng)游戲。

根據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道,日本此前稱(chēng)將于美國(guó)達(dá)成共識(shí),最早在2025年在日本建立2納米半導(dǎo)體制造基地。

而歐洲則在其《2030數(shù)字指南針》規(guī)劃書(shū)中,提出了未來(lái)10年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo),其中明確寫(xiě)道,截至2030年,歐洲先進(jìn)和可持續(xù)半導(dǎo)體的生產(chǎn)總值將至少占全球生產(chǎn)總值的20%,攻克2納米工藝。

一場(chǎng)新的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開(kāi)始。目前對(duì)于2納米制程還處于研發(fā)階段,只是在頭部效應(yīng)顯著的半導(dǎo)體行業(yè),后來(lái)者能否撼動(dòng)頭部企業(yè)的地位?

在半導(dǎo)體制程中,28納米制程是一條分水嶺,28納米及以下工藝被稱(chēng)為“先進(jìn)工藝”, 28nm以上被稱(chēng)為“成熟工藝”。有時(shí),28納米也被劃分到成熟工藝這個(gè)陣營(yíng)。7納米及以下,是先進(jìn)工藝中的“高端圈子”。先進(jìn)制程越往下走,投入越大。

芯片的成本來(lái)自硬件成本和設(shè)計(jì)成本。硬件的部分就包括晶圓、掩膜、封裝、測(cè)試四個(gè)部分。軟件部分來(lái)自EDA工具、IP授權(quán)、架構(gòu)等部分。

從先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)成本來(lái)看,根據(jù)第三方半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)Semi engineering計(jì)算,28納米制程的開(kāi)發(fā)費(fèi)用大約為5130萬(wàn)美元,到16納米制程需要投入1億美元,到5納米制程節(jié)點(diǎn),這個(gè)費(fèi)用達(dá)到5.42億美元。如果按照接近兩倍漲幅測(cè)算,在2納米制程上,開(kāi)發(fā)費(fèi)用可能會(huì)將近20億美元。這個(gè)費(fèi)用包括了IP授權(quán)、軟件、確認(rèn)、驗(yàn)證、架構(gòu)等環(huán)節(jié)。

在7月29日的美日外長(zhǎng)級(jí)與商務(wù)部長(zhǎng)級(jí)官員會(huì)談上,美日宣布,將針對(duì)新一代半導(dǎo)體研究,啟動(dòng)建立一個(gè)“新的研發(fā)機(jī)構(gòu)”。

盡管會(huì)談后雙方并沒(méi)有通過(guò)正式聲明對(duì)這一半導(dǎo)體領(lǐng)域的“新研發(fā)機(jī)構(gòu)”透露過(guò)多細(xì)節(jié),但據(jù)日媒報(bào)道,該機(jī)構(gòu)將于今年年底在日本成立,用于研究2納米半導(dǎo)體芯片;該機(jī)構(gòu)還將包括一條原型生產(chǎn)線(xiàn),并將于2025年開(kāi)始量產(chǎn)。同時(shí),日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、理化學(xué)研究所、東京大學(xué)等將合作設(shè)立研究基地。

另外,當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月28日,美國(guó)眾議院通過(guò)了《芯片與科學(xué)法案》,該法案旨在緩解美國(guó)芯片短缺問(wèn)題并希望借此提高美國(guó)在半導(dǎo)體和先進(jìn)技術(shù)方面的競(jìng)爭(zhēng)力。

中金公司研報(bào)表示,展望3Q22,全球半導(dǎo)體行業(yè)結(jié)構(gòu)化特征明顯。電動(dòng)汽車(chē)和新能源蓬勃發(fā)展拉動(dòng)功率、模擬器件需求旺盛,5G、汽車(chē)、云游戲等帶動(dòng)高性能芯片需求增長(zhǎng)。

中信證券表示,在行業(yè)景氣持續(xù)背景下,半導(dǎo)體設(shè)備公司持續(xù)有基本面業(yè)績(jī)支撐。建議優(yōu)先選擇賽道空間大、產(chǎn)品布局全面、技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的龍頭設(shè)備廠商,以及份額尚低、有望快速成長(zhǎng)的細(xì)分賽道成長(zhǎng)型企業(yè)。

湘財(cái)證券指出,2022年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下游需求保持結(jié)構(gòu)性增長(zhǎng),新能源汽車(chē)、工控、中高端IOT領(lǐng)域需求景氣延續(xù),帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)相關(guān)企業(yè)營(yíng)收上行。二季度,產(chǎn)業(yè)鏈議價(jià)能力較弱的企業(yè)受上游原材料價(jià)格及運(yùn)輸成本上漲等因素沖擊,疊加疫情導(dǎo)致部分企業(yè)營(yíng)收確認(rèn)推遲,短期盈利表現(xiàn)或走弱。三季度,隨著各地穩(wěn)增長(zhǎng)政策的發(fā)力,汽車(chē)銷(xiāo)量預(yù)期上行,提振車(chē)規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品市場(chǎng)需求;恰逢Q3為消費(fèi)電子新品發(fā)布季,有望改善消費(fèi)電子銷(xiāo)售頹勢(shì)。



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