臺積電更新技術(shù)路線(xiàn)圖3nm于2022年下半年投產(chǎn)2nm進(jìn)度良好

4 月 27 日消息，臺積電周二更新了其制程工藝路線(xiàn)圖，稱(chēng)其 4 納米工藝芯片將在 2021 年底進(jìn)入“風(fēng)險生產(chǎn)”階段，并于 2022 年實(shí)現量產(chǎn)；3 納米產(chǎn)品預計在 2022 年下半年投產(chǎn)，2 納米工藝正在開(kāi)發(fā)中。

在產(chǎn)能方面，沒(méi)有任何競爭對手能威脅到臺積電的主導地位，而且未來(lái)幾年內也不會(huì )。至于制造技術(shù)，臺積電最近重申，它有信心其 2 納米（N2）、3 納米（N3）和 4 納米（N4）工藝將按時(shí)推出，并保持比競爭對手更先進(jìn)節點(diǎn)工藝領(lǐng)先優(yōu)勢。

今年早些時(shí)候，臺積電將 2021 年的資本支出預算大幅提高到 250 億至 280 億美元，最近更是追加到 300 億美元左右。這是臺積電未來(lái)三年增加產(chǎn)能和研發(fā)投入計劃的一部分，該公司計劃三年總共投資 1000 億美元。

在臺積電今年 300 億美元的資本預算中，約 80% 將用于擴大先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)能，如 3 納米、4 納米、5 納米、6 納米以及 7 納米芯片。華興證券分析師認為，到今年年底，先進(jìn)節點(diǎn)上的大部分資金將用于將臺積電的 5 納米產(chǎn)能擴大到每月 11 萬(wàn)至 12 萬(wàn)片晶圓。

與此同時(shí)，臺積電表示，其資本支出的 10% 將用于先進(jìn)的封裝和掩模制造，另外 10% 將用于支持專(zhuān)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，包括成熟節點(diǎn)的定制版本。

臺積電最近提高資本支出的舉措是在英特爾宣布其 IDM 2.0 戰略 (涉及內部生產(chǎn)、外包和代工運營(yíng)) 之后做出的，并在很大程度上重申了該公司在競爭加劇之際對短期和長(cháng)期未來(lái)的信心。

臺積電總裁兼首席執行官魏哲家在最近與分析師和投資者的電話(huà)會(huì )議上表示：“作為一家領(lǐng)先的晶圓代工企業(yè)，臺積電在成立 30 多年的歷史中從未缺乏競爭，但我們知道如何競爭。我們將繼續專(zhuān)注于提供領(lǐng)先的技術(shù)、卓越的制造服務(wù)，并贏(yíng)得客戶(hù)的信任。其中，贏(yíng)得客戶(hù)信任是相當重要的，因為我們沒(méi)有與客戶(hù)競爭的內部產(chǎn)品?！?/p>

N5 工藝贏(yíng)得客戶(hù)信賴(lài)

臺積電是 2020 年中期第一家開(kāi)始使用其 N5 工藝技術(shù)進(jìn)行大規模芯片制造 (HVM) 的公司。最初，該節點(diǎn)僅用于為臺積電的最重要客戶(hù)服務(wù)，即蘋(píng)果和海思。如今，隨著(zhù)更多客戶(hù)已經(jīng)準備好各自的 N5 規格芯片設計，因此該節點(diǎn)的采用正在增長(cháng)。與此同時(shí)，臺積電表示，計劃使用 N5 系列技術(shù) (包括 N5、N5P 和 N4) 的客戶(hù)比幾個(gè)月前預計的要多。

魏哲家說(shuō)：“N5 已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)的第二個(gè)年頭，產(chǎn)量比我們最初的計劃要高。在智能手機和高性能計算（HPC）應用的推動(dòng)下，N5 的需求繼續強勁，我們預計 2021 年 N5 將貢獻晶圓收入的 20% 左右。事實(shí)上，我們看到 N5 和 N3 的客戶(hù)越來(lái)越多。需求如此之高，我們必須準備好應對的準備?！?/p>

對于臺積電來(lái)說(shuō)，HPC 應用包括許多不同類(lèi)型的產(chǎn)品，比如 AI 加速器、CPU、GPU、FPGA、NPU 和視頻游戲 SoC 等。由于臺積電只是代工制造商，不會(huì )透露它使用哪種節點(diǎn)生產(chǎn)的產(chǎn)品，但 N5 在 HPC 領(lǐng)域的采用率正在增長(cháng)這一事實(shí)非常重要。

魏哲家表示：“我們預計，在智能手機和 HPC 應用需求強勁的推動(dòng)下，未來(lái)幾年對我們 N5 系列的需求將繼續增長(cháng)。我們預計 HPC 不僅會(huì )在第一波增長(cháng)中出現，實(shí)際上還會(huì )在更多的需求波中出現，以支持我們未來(lái)領(lǐng)先的 N5 節點(diǎn)?！?/p>

臺積電 N5 在尖端技術(shù)采用者中的市場(chǎng)份額正在增加，這并不特別令人驚訝。華興資本分析師估計，臺積電 N5 的晶體管密度約為每平方毫米 1.7 億個(gè)晶體管，這將使其成為當今可用密度最高的技術(shù)。相比之下，三星電子的 5LPE 每平方毫米可以容納大約 1.25 億到 1.3 億個(gè)晶體管，而英特爾的 10 納米節點(diǎn)晶體管密度大約為每平方毫米 1 億個(gè)。

在接下來(lái)的幾周里，臺積電將開(kāi)始使用其名為 N5P 的 N5 改進(jìn)技術(shù)性能增強版來(lái)制造芯片，該技術(shù)承諾將頻率提高至多 5%，或將功耗降低至多 10%。N5P 為客戶(hù)提供了一條無(wú)縫的遷移路徑，無(wú)需大量的工程資源投資或更長(cháng)的設計周期，因此任何使用 N5 設計的用戶(hù)都可以使用 N5P。例如，N5 的早期采用者可以將他們的 IP 重新用于 N5P 芯片。

N4 明年將投入量產(chǎn)

臺積電的 N5 系列技術(shù)還包括將在今年晚些時(shí)候進(jìn)入“風(fēng)險生產(chǎn)”階段，并將在 2022 年用于批量生產(chǎn)的 N4 工藝芯片。這項技術(shù)將提供比 N5 更多的 PPA (功率、性能、面積) 優(yōu)勢，但保持相同的設計規則、設計基礎設施、SPICE 模擬程序和 IP。同時(shí)，由于 N4 進(jìn)一步擴大了 EUV 光刻工具的使用范圍，它還減少了掩模數量、工藝步驟、風(fēng)險和成本。

魏哲家說(shuō)：“N4 將利用 N5 的強大基礎進(jìn)一步擴大我們的 5 納米系列技術(shù)優(yōu)勢。N4 是從 N5 直接遷移過(guò)來(lái)的，具有兼容的設計規則，同時(shí)為下一波 5 納米產(chǎn)品提供進(jìn)一步的性能、功率和密度增強。N4 的目標是今年下半年進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn)階段，2022 年實(shí)現批量生產(chǎn)?！?/p>

到 2022 年 N4 產(chǎn)品投入量產(chǎn)時(shí)，臺積電將擁有約兩年的 N5 經(jīng)驗和三年的 EUV 經(jīng)驗。因此，人們的預期是，其收益率將會(huì )很高。但是，即使 N4 被認為是尖端的，它也不會(huì )是臺積電明年提供的最先進(jìn)制造技術(shù)。

N3 將于 2022 年下半年亮相

2022 年，臺積電將推出其全新的 N3 制造工藝，該工藝將繼續使用 FinFET 晶體管，但預計將提供一整套 PPA 改進(jìn)方案。特別是，與目前的 N5 工藝相比，臺積電的 N3 承諾將性能提高 10%-15%，或者降低 25%-30% 的功耗。同時(shí)，根據結構的不同，新節點(diǎn)還將使晶體管密度提高 1.1 到 1.7 倍。

N3 將進(jìn)一步增加 EUV 層的數量，但將繼續使用 DUV 光刻。此外，由于該技術(shù)始終在使用 FinFET，它將不需要從頭開(kāi)始重新設計的新一代電子設計自動(dòng)化 (EDA) 工具和開(kāi)發(fā)全新的 IP，相對于三星基于 GAAFET/MBCFET 的 3GAE，這可能更具競爭優(yōu)勢。

魏哲家表示：“N3 將是我們繼 N5 之后的又一次全面節點(diǎn)跨越，它將使用 FinFET 晶體管結構為我們的客戶(hù)提供最好的技術(shù)成熟度、性能和成本。我們的 N3 技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)展良好。與 N5 和 N7 相比，我們繼續看到 N3 的 HPC 和智能手機應用客戶(hù)參與度要高得多?！?/p>

事實(shí)上，臺積電聲稱(chēng)客戶(hù)對 N3 的參與度越來(lái)越高，間接地表明了其對 N3 寄予了厚望。魏哲家說(shuō)：“N3 的風(fēng)險生產(chǎn)預計在 2021 年啟動(dòng)，量產(chǎn)目標是在 2022 年下半年。我們的 N3 技術(shù)推出后，將成為 PPA 和晶體管技術(shù)中最先進(jìn)的代工技術(shù)。我們有信心，我們的 N5 和 N3 都將成為臺積電大規模和持久使用的節點(diǎn)工藝?！?/p>

超越 N3

全柵場(chǎng)效應晶體管 (GAAFET) 仍是臺積電發(fā)展路線(xiàn)圖的重要組成部分。該公司預計將在其“后 N3”技術(shù) (大概是 N2) 中使用全新的晶體管。事實(shí)上，臺積電正處于尋找下一代材料和晶體管結構的階段，這些材料和晶體管結構將在未來(lái)許多年內使用。

臺積電在最近的年報中稱(chēng)：“對于先進(jìn)的 CMOS（互補金屬氧化物半導體），臺積電的 3 納米和 2 納米 CMOS 節點(diǎn)在流水線(xiàn)上進(jìn)展順利?！贝送?，臺積電加強的探索性研發(fā)工作集中在 2 納米節點(diǎn)、3D 晶體管、新存儲器和 Low-R 互連等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域正在為引入許多技術(shù)平臺奠定堅實(shí)的基礎。

值得注意的是，臺積電正在 12 號工廠(chǎng)擴大研發(fā)能力，目前正在研發(fā) N3、N2 和更先進(jìn)的節點(diǎn)。

有信心超越代工行業(yè)整體增長(cháng)率

總體而言，臺積電相信，其“大家的晶圓代工廠(chǎng)”(everyone's foundry) 戰略將使其在規模、市場(chǎng)份額和銷(xiāo)售額方面進(jìn)一步增長(cháng)。該公司還預計，未來(lái)將保持其技術(shù)領(lǐng)先地位，這對其增長(cháng)至關(guān)重要。

臺積電首席財務(wù)官黃文德最近在與分析師和投資者的電話(huà)會(huì )議上表示：“我們現在預測，2021 年全年，代工行業(yè)的增長(cháng)率約為 16%。對于臺積電來(lái)說(shuō)，我們有信心能夠超越晶圓代工行業(yè)的整體增長(cháng)，在 2021 年實(shí)現 20% 左右的增長(cháng)?！?/p>

該公司擁有強大的技術(shù)路線(xiàn)圖，并將繼續每年推出改進(jìn)的前沿節點(diǎn)，從而以可預測的節奏為客戶(hù)提供技術(shù)改進(jìn)。

臺積電知道如何與擁有尖端節點(diǎn)的競爭對手以及專(zhuān)注于專(zhuān)業(yè)工藝技術(shù)的芯片制造商競爭，因此它并不認為英特爾代工服務(wù) (IFS) 是直接的威脅，特別是因為后者主要聚焦于尖端和先進(jìn)的節點(diǎn)。

金融分析師普遍認同臺積電的樂(lè )觀(guān)態(tài)度，主要是因為預計該公司的 N3 和 N5 節點(diǎn)將不會(huì )有競爭對手提供類(lèi)似的晶體管密度和晶圓產(chǎn)能。

華興證券分析師表示：“繼英特爾今年 3 月宣布的晶圓代工業(yè)務(wù)回歸后，臺積電愿意從 2021 年開(kāi)始制定為期 3 年的 1000 億美元資本支出和研發(fā)投資計劃，這表明其有信心擴大代工領(lǐng)導地位。我們認為，隨著(zhù) N3 和 N5 的出現，臺積電的戰略?xún)r(jià)值也在上升：HPC 和智能手機應用的 N5 生產(chǎn)活動(dòng)強勁，同時(shí)與 N5 和 N7 在類(lèi)似階段相比，N3 客戶(hù)的參與度更高?！?/p>