臺(tái)積電加速發(fā)展先進(jìn)工藝，1nm芯片要來了？

目前最先進(jìn)的芯片制程工藝已經(jīng)來到了4nm，三星和臺(tái)積電同時(shí)擁有了制造能力，臺(tái)積電的4nm工藝將會(huì)搭載聯(lián)發(fā)科首發(fā)，而三星的首發(fā)權(quán)依然是給到了高通，根據(jù)臺(tái)積電傳出的消息，3nm的工藝預(yù)計(jì)將會(huì)在明年下半年實(shí)現(xiàn)，而在近期臺(tái)積電再度傳來了1nm以及2nm制程工藝的消息!

臺(tái)積電赴美建廠的過程并不順心，超出幾倍成本的工廠建設(shè)支出，而此前講好的補(bǔ)貼也此次未能到賬，讓臺(tái)積電開始心力交瘁，在美建設(shè)的產(chǎn)能為5nm，隨著工期不斷的被延誤，具體何時(shí)能夠投產(chǎn)目前也無法確定，而近期臺(tái)積電還答應(yīng)了赴日建廠的邀請(qǐng)，這也算是近期臺(tái)積電比較順心的事了。

雖然在相關(guān)限制之下，赴日建設(shè)的工廠產(chǎn)能被限制在了28nm，但相對(duì)建設(shè)起來的周期會(huì)比較短，而赴美建設(shè)的5nm產(chǎn)能雖然高端，但缺乏相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈拖垮了工期，預(yù)計(jì)要等到2024年才能正式投產(chǎn)，屆時(shí)全球缺芯的狀態(tài)或許已經(jīng)解除了，而臺(tái)積電的制程工藝或許已經(jīng)精進(jìn)到2nm水準(zhǔn)了，那么5nm的生產(chǎn)線實(shí)際意義就不大了。

而就在近期臺(tái)積電也傳出了關(guān)于1nm、2nm的消息，雖然制程工藝還沒有研發(fā)成功，但臺(tái)積電已經(jīng)開始著手建設(shè)相應(yīng)的工廠了，目前建設(shè)選址也已經(jīng)敲定在總部地區(qū)，也就意味著眾多國家爭來爭去，最終臺(tái)積電沒有做出任何的妥協(xié)。

有國外媒體報(bào)道，臺(tái)積電正在按照原有計(jì)劃展開2nm工藝的研發(fā)和量產(chǎn)，據(jù)悉，臺(tái)積電2nm工廠的建設(shè)已經(jīng)提上日程。

2nm工廠的選址在臺(tái)中的中科園區(qū)，預(yù)計(jì)2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，是新竹園區(qū)之后的第二個(gè)2nm晶圓廠。

值得一提的是，臺(tái)積電的動(dòng)作遠(yuǎn)比想象中快，該公司不僅在為2nm工藝做打算，連1nm芯片相關(guān)事宜也做好了計(jì)劃。

1nm芯片要來了

12月29日快科技消息，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，臺(tái)中建廠的計(jì)劃為未來的1nm工藝預(yù)留了可能。

如果一切順利的話，臺(tái)積電將會(huì)在臺(tái)中建設(shè)1nm晶圓廠。

由此可見，臺(tái)積電將眼光放在了2nm之后更高精度的芯片制造工藝上，在臺(tái)中的建廠耗資最多達(dá)到2300億人民幣。

按照2021年年初該公司宣布的計(jì)劃，三年內(nèi)臺(tái)積電將支出1000億美元用于半導(dǎo)體產(chǎn)能擴(kuò)張。

雖然臺(tái)積電需要為緩解全球芯片市場供應(yīng)緊張狀況而擴(kuò)充成熟工藝產(chǎn)能，但該公司仍然會(huì)將先進(jìn)工藝的發(fā)展視為重點(diǎn)。

臺(tái)積電加速發(fā)展先進(jìn)工藝

一方面，當(dāng)前全球芯片荒的確在持續(xù)蔓延，但可以肯定的是，這場缺芯潮不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。

畢竟除了臺(tái)積電之外，包括中芯國際等專業(yè)晶圓代工廠也在加速擴(kuò)充產(chǎn)能。

根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的分析，新增產(chǎn)能預(yù)計(jì)會(huì)在2022年下半年或者2023年釋放。更有人認(rèn)為，未來全球半導(dǎo)體市場會(huì)出現(xiàn)芯片產(chǎn)能過剩的情況。

2021年全球半導(dǎo)體產(chǎn)能緊張，現(xiàn)在一年了也沒好轉(zhuǎn)，搶占產(chǎn)能成為各大半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司的頭等大事，第一大晶圓代工廠臺(tái)積電成為香餑餑，AMD、蘋果、NVIDIA等公司紛紛提前支付預(yù)訂款鎖定產(chǎn)能，今年5nm及3nm工藝是重點(diǎn)。

據(jù)報(bào)道，雖然Q1季度是傳統(tǒng)的淡季，但是臺(tái)積電收到的預(yù)付款創(chuàng)新高了，各大半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司預(yù)付了1500億新臺(tái)幣的款項(xiàng)，約合346億元，而去年Q3季度的時(shí)候已付款也不過1063.29億新臺(tái)幣。

在過去8個(gè)季度中，臺(tái)積電的預(yù)付款金額穩(wěn)步提升，每一季的增長率都超過144%，客戶預(yù)付費(fèi)鎖定訂單推動(dòng)了臺(tái)積電業(yè)績不斷增長，今年的營收增長率依然會(huì)高達(dá)26%。

在支付預(yù)付款的客戶中，蘋果、AMD、NVIDIA、高通等公司是重點(diǎn)，其中蘋果現(xiàn)在主力產(chǎn)能是5nm，今年還會(huì)搶先用上臺(tái)積電最新的3nm工藝，不過iPhone 14的A16芯片是趕不上了。

AMD的工藝主要集中在7nm、6nm及年底的5nm上，最近發(fā)布的銳龍6000升級(jí)6nm，年底的Zen4則要上5nm工藝。

在工藝下降到5nm之前，F(xiàn)inFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)一直是很好的。

當(dāng)達(dá)到原子水平 (3nm是25個(gè)硅原子排成一行) 時(shí) ，F(xiàn)inFET開始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，可能不再適用于更進(jìn)一步的工藝水平。

在2nm工藝上，臺(tái)積電并沒有直接使用三星規(guī)劃在3nm工藝上使用的GAAFET (環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管)，也就是納米線(nanowire)，而是將其拓展成為MBCFET(多橋通道場效應(yīng)晶體管)，也就是納米片(nanosheet)。

GAAFET是一個(gè)周圍都是門的場效應(yīng)管。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，全面柵極場效應(yīng)管可以有兩個(gè)或四個(gè)有效柵極。

通過在柵極上施加電壓，你可以控制源極和漏極之間的電流，將其從0切換到1，并創(chuàng)建一個(gè)處理器的二進(jìn)制邏輯。

從GAAFET到MBCFET，從nm線到nm片，可以視為從二維到三維的躍進(jìn)，能夠大大改進(jìn)電路控制，降低漏電率。

2nm采用以環(huán)繞閘極(GAA)制程為基礎(chǔ)的MBCFET架構(gòu)，可以解決FinFET因制程微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問題。

1nm：「鉍」密武器

2021年5月，麻省理工學(xué)院(MIT)的孔靜教授領(lǐng)導(dǎo)的國際聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)探索了一個(gè)新的方向：使用原子級(jí)薄材料鉍(Bi)代替硅，有效地將這些2D材料連接到其他芯片元件上。

NVIDIA在臺(tái)積電的訂單占比不多，之前主要是7nm A100大核心，不過今年的RTX 40系列據(jù)悉會(huì)轉(zhuǎn)向臺(tái)積電5nm。

至于高通這邊，這兩年的主力代工也是三星5nm、4nm，不過今年下半年據(jù)說也會(huì)轉(zhuǎn)向臺(tái)積電的4nm工藝，推出升級(jí)版的驍龍8 Gen 1。