臺積電2納米進(jìn)度超前，關(guān)鍵技術(shù)曝光
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來(lái)源：工商時(shí)報
臺積電預計在竹科寶山二期興建Fab 20超大型晶圓廠(chǎng)，將成為2納米生產(chǎn)重鎮。臺積電Fab 20廠(chǎng)區將分為第一期到第四期、共興建4座12吋晶圓廠(chǎng)，預計2024年下半年進(jìn)入風(fēng)險性試產(chǎn)，2025年進(jìn)入量產(chǎn)。臺積電2納米將首度采用納米層片GAA晶體管架構，技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)度符合預期。
臺積電近幾年能夠維持強勁成長(cháng)動(dòng)能，下半年就算消費性電子需求疲弱，半導體生產(chǎn)鏈進(jìn)入庫存調整，8月合并營(yíng)收仍達2,181.32億元創(chuàng )下歷史新高，對下半年產(chǎn)能滿(mǎn)載深具信心，其中關(guān)鍵原因就是先進(jìn)制程由開(kāi)發(fā)到量產(chǎn)的時(shí)間點(diǎn)均大幅領(lǐng)先競爭同業(yè)，新制程一推出自然就等于是通吃整個(gè)市場(chǎng)訂單。
臺積電表示，在過(guò)去的15年中一直在研究納米層片晶體管，并建立了堅實(shí)的能力。臺積電相信2納米是導入納米層片GAA架構晶體管的合適制程，將速度和功率提升一個(gè)世代，協(xié)助客戶(hù)保持競爭力。
臺積電重申2納米開(kāi)發(fā)符合進(jìn)度，預計于2025年量產(chǎn)。在納米層片晶體管和設計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（DTCO）的協(xié)助下，臺積電2納米效能和功率優(yōu)勢提升了一個(gè)世代。相較于3納米N3E制程，在相同功率下速度提升10％～15％，或在相同速度下功率降低25％～30％。且由于納米層片晶體管具有卓越的低Vdd（芯片工作電壓）效能，2納米在正常Vdd及相同的功率下，效能提高了15％，在較低的Vdd（0.55V）下，優(yōu)勢擴大到26％。
臺積電2納米制程能夠持續推進(jìn)并領(lǐng)先競爭同業(yè)，另一關(guān)鍵在于掌握EUV曝光機產(chǎn)能及技術(shù)。臺積電為了積極解決關(guān)鍵制程的間距縮小問(wèn)題，在7納米N7+制程開(kāi)始利用EUV曝光設備和多重曝刻技術(shù)。臺積電將在2024年引進(jìn)High-NA EUV曝光設備，開(kāi)發(fā)客戶(hù)所需的相關(guān)基礎建設結構和曝刻解決方案以支援創(chuàng )新。據了解，臺積電可望再度領(lǐng)先同業(yè)，在2納米首度采用High-NA EUV技術(shù)。三大巨頭決戰2nm一直低調專(zhuān)注晶圓代工業(yè)務(wù)的臺積電，自成立以來(lái)始終秉持「不與客戶(hù)競爭」的承諾，除對手三星電子(Samsung Electronics)外，包括英特爾(Intel)在內，全球主流IC設計業(yè)者幾乎都是臺積電客戶(hù)。
臺積電龍頭地位難以撼動(dòng)，其在全球半導體產(chǎn)業(yè)所處關(guān)鍵地位，在疫情所引爆發(fā)的全球芯片荒危機中完全顯現，不僅擁有產(chǎn)能與制程技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，而成為大國拉攏目標，同時(shí)所釋出的巨大訂單，半導體產(chǎn)業(yè)鏈幾乎與臺積電有直接或間接合作關(guān)系，不只是臺積電所建置的完整供應鏈聯(lián)盟，其源源不絕的設備材料需求，更牽動(dòng)眾廠(chǎng)營(yíng)運表現。
全球通膨壓力劇增、景氣急轉直下，TV、手機與NB等眾多消費性電子需求跌速超乎預期，半導體、電子供應鏈庫存急速攀升，市場(chǎng)彌漫悲觀(guān)氛圍，跌價(jià)與砍單危機山雨欲來(lái)，臺積電仍在法說(shuō)會(huì )上釋出令全球市場(chǎng)驚艷成績(jì)單，不僅第2季業(yè)績(jì)創(chuàng )高，第3季財測更是超乎預期，且更一步上修全年營(yíng)收目標。
令市場(chǎng)驚奇的是，數月來(lái)市場(chǎng)普遍認為受到全球通膨加劇等風(fēng)險沖擊，終端需求下半年起將持續惡化，半導體、電子供應鏈庫存去化危機風(fēng)暴于第4季將成形。然而，臺積電的展望卻完全是逆勢且相當積極正向，其認為盡管總經(jīng)情勢不穩，不確定性將延續至2023年，但有信心在技術(shù)領(lǐng)先下，2023年產(chǎn)能利用率仍將維持健康水平。例如資料中心對CPU、GPU 需求增加，高效能運算(HPC)會(huì )是未來(lái)最重要成長(cháng)動(dòng)能且營(yíng)收比重最高的領(lǐng)域，估計未來(lái)幾年營(yíng)收CAGR仍可達15~20%。
業(yè)績(jì)續升、先進(jìn)制程持續推進(jìn)的臺積電，除自身需求外，也因為大國全面強化本土半導體制造能力，面臨地緣政治風(fēng)險下，不得不釋出海外擴產(chǎn)計劃，整體產(chǎn)能擴增規模超乎預期，2021~2023年資本支出高達1,000億美元。集結大小聯(lián)盟優(yōu)勢臺積電生態(tài)鏈難以復制集結供應鏈整合優(yōu)勢，也讓臺積電持續壯大，在市占勢力過(guò)半現實(shí)面下，全球半導體設備材料與IP設計等眾多供應鏈也是西瓜偎大邊，將臺積電列為主要客戶(hù)，全力擠進(jìn)臺積電各式大小聯(lián)盟供應鏈。而臺積電更在制程技術(shù)領(lǐng)先與專(zhuān)業(yè)代工服務(wù)加持下，光是2020年就已為全球510個(gè)客戶(hù)生產(chǎn)1萬(wàn)多種不同產(chǎn)品，除三星外，幾乎主流IC設計業(yè)者都是臺積電客戶(hù)。
2008年臺積電推出「開(kāi)放創(chuàng )新平臺」(Open Innovation Platform；OIP)，集結了全球電子設計自動(dòng)化、硅智財(IP)與設計服務(wù)合作伙伴，包括ANSYS、益華、Mentor、力旺、M31、新思(Synopsys)、Arm等，近年再加入云端大廠(chǎng)微軟(Microsoft)、亞馬遜(Amazon)。藉由臺積電所開(kāi)發(fā)、支援的合作平臺，供應鏈縮短設計時(shí)間與量產(chǎn)時(shí)程，以及加速產(chǎn)品上市與獲利時(shí)程，臺積電供應鏈合作伙伴與客戶(hù)都能獲益，互利共生的緊密合作網(wǎng)路難以仿效下，開(kāi)放創(chuàng )新平臺成為臺積電拉開(kāi)與對手群差距的關(guān)鍵之一。
2012年臺積電再次改變產(chǎn)業(yè)游戲規則，結合客戶(hù)與關(guān)鍵供應商共同組成「大同盟」(Grand Alliance)，當年度營(yíng)收規模達新臺幣5,062.5億元，稅后凈利1,661.6億元。10年后，2021年臺積電營(yíng)收沖上1.5兆元，稅后凈利5,965.4億元，在疫情肆虐全球、地緣政治風(fēng)險強襲危機下，拉幫打群架的10年戰略助其營(yíng)運登頂。
張忠謀曾公開(kāi)表示，臺積電組建大同盟，用「合作」代替「壓制」，用「共創(chuàng )價(jià)值」取代「獨占利潤」，臺積電營(yíng)運成長(cháng)能優(yōu)于整體半導體景氣的關(guān)鍵秘訣，就是受惠與供應商和客戶(hù)的緊密合作，投入的研發(fā)資源遠超過(guò)任何一家整合元件廠(chǎng)(IDM)。大同盟中的重要客戶(hù)包括蘋(píng)果(Apple)、NVIDIA、高通(Qualcomm)與Arm等，設備則有ASML、應材(Applied Materials)等。
不論是IC設計客戶(hù)，或是上下游設備材料供應鏈，臺積電全面串連整合，隨著(zhù)臺積電快速壯大，握有全球晶圓代工過(guò)半市占，半導體產(chǎn)業(yè)鏈興衰也多與臺積電密切相關(guān)。先進(jìn)制程與封裝推進(jìn)大餅供應鏈排隊搶食臺積電于7納米以下保持絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，近年更宣布中國臺灣與中國大陸、美國與日本等海外擴產(chǎn)大計，3年啟動(dòng)1,000億美元的巨額投資計劃，磁吸全球半導體供應鏈搶單，同時(shí)也擴大在臺布局，以貼近服務(wù)臺積電大客戶(hù)。
在先進(jìn)制程方面，臺積電在臺布局甚廣，南科18廠(chǎng)包括5納米P4廠(chǎng)、3納米P5、P6廠(chǎng)，已陸續興建中，后續還有3納米P7、P8廠(chǎng)與12廠(chǎng)的特殊制程P8廠(chǎng)；竹科則有研發(fā)中心與2納米生產(chǎn)基地；近期則傳出在中科臺中園區附近設立另一2納米新廠(chǎng)，投資金額高達新臺幣8,000億元，預定2027年量產(chǎn)；竹南與南科亦有多座封測廠(chǎng)進(jìn)行中；近期再宣布前往高雄設廠(chǎng)，以目前最賺的7納米及28納米制程為主，投資規模約90億美元，預計2024年開(kāi)始量產(chǎn)。
臺積電大舉擴產(chǎn)，所釋出的訂單規模相當可觀(guān)，因此供應鏈都必須排隊跟隨臺積電而行，以維系訂單且就近服務(wù)最大客戶(hù)。如臺積電赴美設廠(chǎng)，盡管成本高昂，臺供應鏈還是得跟去，而在臺灣，南科已成為臺積電先進(jìn)制程生產(chǎn)重鎮，臺廠(chǎng)與國際大廠(chǎng)近年來(lái)也投資設立據點(diǎn)，不僅有CMP研磨液、石英爐管、材料及研磨墊等上游材料及零組件廠(chǎng)，下游封測與設備供應商也緊貼臺積電。
如ASML就宣布于荷蘭總部以外，在南科成立第一個(gè)「EUV全球技術(shù)培訓中心」，耗資1,350萬(wàn)歐元建置，為ASML和臺積電培育360位EUV技術(shù)工程師。據了解，EUV設備每臺造價(jià)約1億歐元，臺積電為最大客戶(hù)，估計至2021年底EUV設備采購量累積將超過(guò)50臺，也就是采購金額至少已超過(guò)50億歐元，并已預定未來(lái)數年價(jià)格再飆升的EUV設備訂單。美商英特格繼2017年擴建新竹研發(fā)中心、2018年耗資600萬(wàn)美元于該中心中導入晶圓檢測設備等設施后，并計劃在南科高雄園區設廠(chǎng)，投資約2億美元，先前則是再宣布擴廠(chǎng)計劃，投資金額增至5億美元。
而日本信越化學(xué)也斥資300億日圓在日本、臺灣擴大產(chǎn)能，其中在臺灣云林的新廠(chǎng)2021年開(kāi)始量產(chǎn)EUV光阻劑；半導體材料大廠(chǎng)默克(Merck)繼先前投資1億元，在高雄設立默克在亞洲的第一座材料應用研究與開(kāi)發(fā)中心后，日前也宣布加碼投資，擴大高雄路竹廠(chǎng)房的規模，打造半導體沉積材料重鎮；日本德山株式會(huì )社亦攜手臺塑合資成立「臺塑德山精密化學(xué)」，在高雄設立電子級IPA(異丙醇)工廠(chǎng)，主要供應半導體先進(jìn)制程清洗用途；此外，日本富士紡、東京威力科創(chuàng )、華爾卡等也都加速在南科設廠(chǎng)。
值得一提的是，由法國Air Liquide Group與臺灣遠東集團于1987年合資成立的亞?wèn)|工業(yè)氣體，先前也宣布將啟用位于臺南科技工業(yè)區的低碳氫水電解廠(chǎng)，應是法商制造業(yè)在臺最大的投資案，其提供臺灣半導體產(chǎn)業(yè)所需的超高純度氫。這些氫生產(chǎn)設備將因應EUV應用中，對超高純度氫的新興需求，其設廠(chǎng)推力來(lái)自目前EUV設備采購大戶(hù)臺積電。臺積電地位難撼動(dòng)客戶(hù)、供應鏈高度依附7納米以下先進(jìn)制程戰場(chǎng)，為臺積電、三星與英特爾對決情勢，目前臺積電取得遙遙領(lǐng)先優(yōu)勢，不僅通吃蘋(píng)果大單，更取得多數芯片大廠(chǎng)訂單，成為二大廠(chǎng)頭號勁敵。英特爾高喊2024年初20A(2納米)就會(huì )開(kāi)始生產(chǎn)，18A(1.8納米)亦提前數月在2024年下半面市，但近期已傳出制程與新平臺延宕訊息，晶圓代工事業(yè)尚未正式上路；三星2022年6月底領(lǐng)先臺積電宣布啟用環(huán)繞式閘極(GAA)架構的3納米制程制造芯片，但在客戶(hù)端方面，關(guān)注度與業(yè)界評價(jià)卻不如預期。
鎖定臺積電最新釋出3/2納米制程藍圖，英特爾高喊2024年初20A(2納米)就會(huì )開(kāi)始生產(chǎn)，18A(1.8納米)亦提前數月在2024年下半面市，近月來(lái)內部管控與生產(chǎn)良率頻遭市場(chǎng)質(zhì)疑的三星，近日更是大舉宣布即將量產(chǎn)3納米GAA及2納米GAA會(huì )在2025年登場(chǎng)，若皆按表定時(shí)程量產(chǎn)，三星與英特爾至少達成技術(shù)彎道超車(chē)目標。對此，半導體設備業(yè)者則表示，至少由制程技術(shù)與良率提升難一蹴可幾、客戶(hù)與訂單規模及過(guò)往信用等三點(diǎn)可知，三星、英特爾至2納米世代仍難擊敗臺積電。
目前7納米以下先進(jìn)制程戰場(chǎng)為臺積電、三星競局，然三星實(shí)況令業(yè)界費解，雖然3納米GAA制程領(lǐng)先臺積電，以及再傳出良率顯著(zhù)提升的4納米將擴產(chǎn)，然業(yè)界評價(jià)仍在觀(guān)望中。
英特爾、三星制程技術(shù)藍圖規劃撲朔迷離，盡管能在既定目標時(shí)程量產(chǎn)，但仍是自用為主，沒(méi)有實(shí)質(zhì)獲利大單，事實(shí)上，進(jìn)入7納米世代后，芯片制造成本更為昂貴，用得起的客戶(hù)已顯著(zhù)減少。
相較之下，臺積電即將在2022年9月量產(chǎn)3納米家族及2025年面市的2納米GAA穩扎穩打，不只是蘋(píng)果早已包下產(chǎn)能，NVIDIA、超微、高通、聯(lián)發(fā)科、博通等大廠(chǎng)也排好隊一個(gè)接一個(gè)搶訂產(chǎn)能，當中英特爾更相當矛盾下單臺積電，整體而言，三星與英特爾加速推進(jìn)制程技術(shù)，砸重金搶EUV設備，但沒(méi)有足夠訂單與客戶(hù)支持下，數年內仍難超車(chē)憑借專(zhuān)業(yè)代工服務(wù)的臺積電。
歐盟執委會(huì )先前就指出，如果臺灣不再出口半導體，全球幾乎所有工廠(chǎng)都將在3周內停工。另外，波士頓顧問(wèn)公司(Boston Consulting Group)及美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )(Semiconductor Industry Association)2021年報告就指出，臺灣的芯片供應若中斷1年，可能會(huì )使全球電子產(chǎn)品公司蒙受約4,900億美元損失。
事實(shí)上，成熟制程或可尋求臺廠(chǎng)以外業(yè)者支援，但擁有產(chǎn)能與先進(jìn)制程與封裝技術(shù)優(yōu)勢的臺積電，則是難以取代，不只是全球芯片大廠(chǎng)都是其客戶(hù)，且仰賴(lài)先進(jìn)制程技術(shù)推進(jìn)而持續保有創(chuàng )新，半導體供應鏈營(yíng)運動(dòng)能也與臺積電高度相連。
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