12月2日消息，據(jù)臺(tái)媒《工商時(shí)報(bào)》報(bào)道，目前芯片代工廠(chǎng)龍頭企業(yè)臺(tái)積電已經(jīng)完成了Fab 18B工廠(chǎng)的4nm及3nm生產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)，將于近期開(kāi)始進(jìn)行全新3nm芯片制程工藝測(cè)試芯片的正式下線(xiàn)投片的初期實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)，預(yù)計(jì)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(píng)果、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、博通、超微等多個(gè)國(guó)際知名芯片廠(chǎng)商皆是臺(tái)積電3nm芯片制程工藝的主要客戶(hù)，在2022～2023年這些芯片廠(chǎng)商將會(huì)陸續(xù)完成自家的芯片設(shè)計(jì)定案并交由臺(tái)積電的3nm制程工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

據(jù)悉，臺(tái)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?xún)r(jià)比最高，能效最好，已經(jīng)有了支持高效能運(yùn)算的完整芯片開(kāi)發(fā)架構(gòu)，并且已經(jīng)能完美運(yùn)用到智能手機(jī)中。據(jù)業(yè)界人士透露，臺(tái)積電近期已經(jīng)開(kāi)始在其Fab 18B工廠(chǎng)進(jìn)行3nm測(cè)試芯片的初期風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)。

芯片高端先進(jìn)制程工藝僅剩兩名玩家

一直以來(lái)，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(shuō)法，集成電路上可容納晶體管的數(shù)量大約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍。摩爾定律提出50多年以來(lái)，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(huì)越來(lái)越多，使芯片性能越強(qiáng)的同時(shí)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(lái)越大，對(duì)于資金投入的要求也越來(lái)越高，如今的芯片制程工藝已經(jīng)進(jìn)入5nm以下的時(shí)代，現(xiàn)在還能活躍在該領(lǐng)域的也只剩下臺(tái)積電和三星兩家了。

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

另外，芯片代工廠(chǎng)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(xiàn)，并且后續(xù)的維護(hù)也需要大量資金投入，生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)完成，需要保證產(chǎn)線(xiàn)有充足的訂單，并盡可能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)營(yíng)才能實(shí)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(huì)被客戶(hù)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(tái)積電和三星手中。

臺(tái)積電方面為了滿(mǎn)足蘋(píng)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(gòu)買(mǎi)EUV光刻機(jī)。

前不久三星高層訪(fǎng)問(wèn)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(jiàn)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(chǎng)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(tái)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(tái)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

臺(tái)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(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)不同，臺(tái)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(shí)現(xiàn)了3nm制程工藝全節(jié)點(diǎn)縮放。

相較于5nm芯片制程工藝，臺(tái)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(shí)現(xiàn)有效降低30％，晶體管密度提升了70％左右。臺(tái)積電預(yù)計(jì)將在2021年進(jìn)行3nm芯片風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，并在2022年正式實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

臺(tái)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(jì)將在三年內(nèi)共計(jì)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(xiàn)建設(shè)上。據(jù)悉，臺(tái)積電南科Fab 18超大型芯片代工廠(chǎng)將新建P1～P4共4座5nm及4nm芯片制程產(chǎn)業(yè)線(xiàn)，P5～P8共4座3nm芯片制程產(chǎn)線(xiàn)；其中，P1～P3的Fab 18A代工廠(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，P4～P6的Fab 18 B代工廠(chǎng)中已經(jīng)建設(shè)完成的生產(chǎn)線(xiàn)即將進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)階段。

在當(dāng)前的芯片代工制造行業(yè)里，臺(tái)積電無(wú)疑是目前世界上最大的芯片代工制造廠(chǎng)商，占據(jù)了54％的市場(chǎng)份額，2020年，臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)全年?duì)I收約3081億元，凈利潤(rùn)高達(dá)1191億元。

結(jié)語(yǔ)

此前，臺(tái)積電總裁魏哲家表示，臺(tái)積電在制程工藝上的先進(jìn)技術(shù)與強(qiáng)勁的客戶(hù)需求，將會(huì)使3nm成為臺(tái)積電大規(guī)模且被長(zhǎng)期需求的一項(xiàng)先進(jìn)制程技術(shù)。

另外，當(dāng)前市場(chǎng)規(guī)模龐大的5G智能手機(jī)芯片市場(chǎng)及HPC運(yùn)算芯片將會(huì)使臺(tái)積電3nm制程工藝的主要投入方向，蘋(píng)果和高通將是臺(tái)積電3nm制程工藝的首要客戶(hù)，預(yù)計(jì)臺(tái)積電2023～2024年的營(yíng)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(duì)于半導(dǎo)體芯片性能的要求也越來(lái)越大，由于沒(méi)有任何一種芯片技術(shù)可以長(zhǎng)久維持統(tǒng)治地位，滿(mǎn)足所有領(lǐng)域的要求，因此，在芯片不斷發(fā)展進(jìn)步的過(guò)程中，各大芯片制造商必須在技術(shù)研發(fā)上持續(xù)開(kāi)拓創(chuàng)新，才能維持自身的競(jìng)爭(zhēng)力，如何從技術(shù)、市場(chǎng)與成本中取得最大的利益，將是芯片制造商間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵所在。