臺(tái)積電的2nm工藝正式進(jìn)入研發(fā)階段：2023年試產(chǎn)、2024年量產(chǎn)

臺(tái)積電在全球芯片緊缺的背景下，迎來(lái)了非常多的客戶訂單。外界的缺芯對(duì)臺(tái)積電并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，只要提高代工成本，最終還是會(huì)有人買(mǎi)單。

臺(tái)積電計(jì)劃未來(lái)3年拿出千億美元，看似臺(tái)積電加大成本開(kāi)支不劃算，可實(shí)際上臺(tái)積電已經(jīng)連續(xù)漲價(jià)了好幾次，這千億美元的資本開(kāi)支，還是會(huì)從客戶市場(chǎng)上賺回來(lái)。為了確保市場(chǎng)地位，讓更多的客戶找臺(tái)積電做生意，臺(tái)積電需要探索更先進(jìn)的工藝。

臺(tái)積電今天線上舉辦2021年度技術(shù)研討會(huì)，公布了未來(lái)新工藝進(jìn)展，6nm、5nm、4nm、3nm、2nm都有新消息傳來(lái)。

2nm目前是各大半導(dǎo)體巨頭角逐的制高點(diǎn)，IBM甚至已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搞定，率先公布了2nm芯片，而除了臺(tái)積電、三星兩大代工巨頭，歐洲、日本也在野心勃勃地規(guī)劃。

不同于之前世代在相同的基礎(chǔ)架構(gòu)上不斷演進(jìn)，臺(tái)積電的2nm工藝將是真正全新設(shè)計(jì)的，號(hào)稱史上最大的飛躍，最大特點(diǎn)就是會(huì)首次引入納米片(nanosheet)晶體管，取代現(xiàn)在的FinFET結(jié)構(gòu)。

臺(tái)積電表示，納米片晶體管可以更好地控制閾值電壓(Vt)——在半導(dǎo)體領(lǐng)域，Vt是電路運(yùn)行所需的最低電壓，它的任何輕微波動(dòng)，都會(huì)顯著影響芯片的設(shè)計(jì)、性能，自然是越小越好。

臺(tái)積電宣稱，根據(jù)試驗(yàn)，納米片晶體管可將Vt波動(dòng)降低至少15%。

目前，臺(tái)積電的2nm工藝剛剛進(jìn)入正式研發(fā)階段，此前消息是2023年試產(chǎn)、2024年量產(chǎn)。

在晶圓代工領(lǐng)域，臺(tái)積電扮演龍頭角色，無(wú)論是產(chǎn)能還是工藝，臺(tái)積電對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都有不小的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。按照臺(tái)積電計(jì)劃，3nm工藝芯片將會(huì)在明年下半年進(jìn)行投產(chǎn)，而2nm工藝產(chǎn)線則會(huì)在2023年投入使用。事實(shí)上，建立先進(jìn)工藝芯片工廠，對(duì)芯片制造商而言，有著相當(dāng)大的困難。先進(jìn)工藝研發(fā)需要耗費(fèi)大量時(shí)間與金錢(qián)，而先進(jìn)芯片生產(chǎn)、擴(kuò)產(chǎn)則需要大量尖端設(shè)備提供支持。

但這對(duì)臺(tái)積電而言，無(wú)論是資金還是設(shè)備都不是2nm技術(shù)的攔路虎。臺(tái)積電建立2nm芯片工廠的開(kāi)銷僅為200億美元(折合人民幣1290億)，而臺(tái)積電今年資本支出費(fèi)用則是1000億美元，絲毫構(gòu)不成資金壓力。至于EUV光刻機(jī)，雖然荷蘭ASML每年產(chǎn)量有限，但要知道，臺(tái)積電包攬了全球一半以上的EUV光刻機(jī)。建立2nm芯片產(chǎn)線，臺(tái)積電的EUV光刻機(jī)數(shù)量也足夠。

目前來(lái)看，真正阻礙臺(tái)積電建立2nm工廠，生產(chǎn)芯片的攔路虎其實(shí)是水資源。據(jù)悉，臺(tái)積電的2nm芯片建廠申請(qǐng)，近日遭到了新竹環(huán)保局的拒絕，理由是的日均耗水量太大。值得一提的是，這并不是臺(tái)積電第一次因?yàn)楹乃蠖獾疆?dāng)?shù)夭块T(mén)拒絕。水對(duì)臺(tái)積電而言，主要作用是沖洗芯片，并且為了防止雜質(zhì)污染芯片，臺(tái)積電必須要使用純水反復(fù)沖洗。

根據(jù)臺(tái)積電給出的數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)8英寸晶圓每小時(shí)耗水250立方米，而生產(chǎn)12英寸晶圓，每小時(shí)耗水量則是在500立方米。臺(tái)積電每年晶圓產(chǎn)量大概在3000萬(wàn)片，耗水量也就在160億噸到170億噸之間?？紤]到臺(tái)灣地區(qū)四面環(huán)海，河流較少，水資源本身就不算豐富，因此環(huán)保部門(mén)拒絕臺(tái)積電建廠也合情合理。

近年來(lái)，芯片制造工藝發(fā)展速度很快，短短幾年時(shí)間內(nèi)，就從14nm進(jìn)步到了5nm，可以i說(shuō)，中高端手機(jī)幾乎都是采用5nm芯片，部分機(jī)型采用6nm等芯片。

而在芯片制造企業(yè)中，臺(tái)積電的技術(shù)最為先進(jìn)，原因是臺(tái)積電用DUV光刻機(jī)量產(chǎn)了7nm芯片，并率先推出5nm工藝的芯片。

最主要的是，臺(tái)積電是先進(jìn)制程芯片產(chǎn)能是最高的企業(yè)，同時(shí)，臺(tái)積電的良品率也很高，所以，蘋(píng)果、AMD以及英偉達(dá)等廠商都將訂單交給臺(tái)積電生產(chǎn)。

在EUV光刻機(jī)出現(xiàn)后，臺(tái)積電就推出EUV工藝的7nm芯片，而三星也是用EUV光刻機(jī)量產(chǎn)的該芯片。

但在生產(chǎn)制造3nm、2nm芯片方面，相同的辦法已經(jīng)無(wú)法使用，必須要用到更先進(jìn)的光刻機(jī)，否則是無(wú)法進(jìn)行更精細(xì)的光刻作業(yè)。

其次，ASML正在研發(fā)制造全新一代NA EUV光刻機(jī)，根據(jù)ASML發(fā)布的消息可知，NA EUV光刻機(jī)采用更先進(jìn)的光源技術(shù)，NA值高達(dá)0.33，可用于3nm等芯片的制造。

目前，全新一代NA EUV光刻機(jī)已經(jīng)完整了研發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)，并正式進(jìn)入了生產(chǎn)制造階段，最快在2022下線商用，最遲到2023年。

臺(tái)積電早早就展開(kāi)了2nm工藝的研究，并且新消息稱臺(tái)積電會(huì)在新竹科學(xué)工業(yè)園區(qū)建設(shè)首座2nm生產(chǎn)線。緊接著還會(huì)在臺(tái)中建第二座工廠。首座工廠建設(shè)完成之后，大概會(huì)在2023年風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，為后續(xù)的量產(chǎn)做準(zhǔn)備。

臺(tái)積電傳來(lái)2nm建廠的消息，卻面臨用水，用電的難題。而且可以預(yù)見(jiàn)的是，臺(tái)積電加大建廠投入，會(huì)讓客戶付出更多的代工費(fèi)用。畢竟羊毛出在羊身上，不管臺(tái)積電投入多少費(fèi)用，最終還是會(huì)從羊身上賺回來(lái)。