芯片大突破，臺(tái)積電1萬(wàn)億投資建廠，中國(guó)掌握原材料的命脈

臺(tái)積電難道要變成我們中國(guó)的中繼電了嗎?這背后到底發(fā)生了一個(gè)什么樣的情況?要知道他們已經(jīng)成功的突破一納米芯片。但是他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的問(wèn)題，那就是他們所需的原材料竟然被我們給牢牢的掌握住了。所以他們?nèi)绻娴南胍?shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須要向我們?nèi)タ繑n，要好好的跟隨我們的腳步。

要知道，現(xiàn)如今我們對(duì)于芯片的需求量特別的高，尤其是二十八納米芯片和七納米芯片這兩個(gè)領(lǐng)域的需求量是重中之重。所以絕大多數(shù)的企業(yè)都特別渴望能夠多生產(chǎn)一點(diǎn)，就是希望能夠提供更多的需求量，這樣自己才能更好的發(fā)展起來(lái)。同時(shí)，幫助這些企業(yè)不斷的做大做強(qiáng)。但是有個(gè)別企業(yè)才能夠發(fā)，但去和生產(chǎn)，尤其像臺(tái)積電這樣的企業(yè)，他們的技術(shù)水平特別的好，他們已經(jīng)成為了全世界領(lǐng)先的企業(yè)。

在芯片領(lǐng)域當(dāng)中代加工業(yè)務(wù)最厲害的就是臺(tái)積電?？墒堑侥壳盀橹?，其實(shí)我們對(duì)于高端芯片的需求量并不是特別大。那么問(wèn)題來(lái)了，為什么臺(tái)積電和三星還要不斷的發(fā)展，還要不斷的去創(chuàng)新他們的腳步。其實(shí)這里面就要提到另外一個(gè)東西，那就是摩爾定律。要知道摩爾定律最重要的內(nèi)容就是我們的集成管的晶體數(shù)量。

要知道同樣的區(qū)域里面，如果晶體管的數(shù)量越多，那么這個(gè)芯片的質(zhì)量也就越好，它的性能也就越好，能夠給我們帶來(lái)更好的空間。如果我們真的想去提高我們的芯片傳輸速度，我們就必須要去縮小我們的晶體管，然后幫助我們快速的去打開(kāi)我們的空間，并且?guī)椭覀儗?shí)現(xiàn)更多晶體管。

同時(shí)在一個(gè)區(qū)域里面要知道這里面還有另外一個(gè)好處，那就是尺寸不斷縮小之后，生產(chǎn)的成本也會(huì)大幅度的降低。所以覺(jué)得大多數(shù)的企業(yè)都特別渴望能夠領(lǐng)先其他企業(yè)，這樣自己才能快速的發(fā)展。并且在全新的技術(shù)上面甩開(kāi)別人，讓自己成為真正的頂尖巨頭。誰(shuí)能夠率先生產(chǎn)出更加高端的芯片，誰(shuí)就能夠更好的去傲視群雄，才能夠成為真正的話語(yǔ)權(quán)者。就比如臺(tái)積電，現(xiàn)如今的臺(tái)積電就是應(yīng)用到絕對(duì)的話語(yǔ)權(quán)。

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(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(lái)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)芯片產(chǎn)能過(guò)剩的情況。

另一方面，集成電路領(lǐng)域的摩爾定律仍然在延續(xù)，所以未來(lái)的高端市場(chǎng)必然是更高精度工藝的天下。

荷蘭光刻機(jī)巨頭AMSL已經(jīng)研制出新一代EUV光刻機(jī)，為晶圓廠制造并量產(chǎn)2nm及以下更高精度工藝的芯片做好了準(zhǔn)備。

從競(jìng)爭(zhēng)的角度來(lái)看，筆者認(rèn)為臺(tái)積電在先進(jìn)工藝上下功夫，也是為了在英特爾、三星電子等競(jìng)爭(zhēng)者的圍攻下，保持現(xiàn)有的市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

根據(jù)臺(tái)灣《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，英特爾內(nèi)部計(jì)劃在2026年之前將旗下晶圓廠的產(chǎn)能擴(kuò)增三倍。

與此同時(shí)，英特爾還將建廠的腳步踏入了美國(guó)多個(gè)州、歐洲、歐亞交界的以色列、新墨西哥、馬來(lái)西亞等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

12月中旬英特爾新任CEO基辛格向媒體透露，該公司正斥資71億美元在馬來(lái)西亞建造新的芯片封裝設(shè)施。

彭博社12月23日消息，有知情人士透露，英特爾還計(jì)劃在法國(guó)和意大利增建工廠，在德國(guó)建設(shè)主要生產(chǎn)基地。

這兩年由于對(duì)芯片需求的劇增，臺(tái)積電產(chǎn)能擴(kuò)充與開(kāi)發(fā)較往年可說(shuō)是「五倍速」前進(jìn)。為了確保產(chǎn)能的提升，相關(guān)的支出也大舉拉高，尤其是在先進(jìn)制程方面。

目前臺(tái)積電在中科的制程涵蓋28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的設(shè)備可以共用，未來(lái)將由1.8nm、1.4nm，逐步向1nm推進(jìn)。

業(yè)界推測(cè)，臺(tái)積電2nm最快可以在2024年試產(chǎn)，于2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，之后再進(jìn)入1nm，以及后續(xù)的「埃米」制程。

工廠建成后預(yù)計(jì)每年用電量可以達(dá)到75萬(wàn)千瓦，當(dāng)?shù)匾粋€(gè)發(fā)電機(jī)組每年的發(fā)電量是55萬(wàn)千瓦。

也就是說(shuō)，全年需要差不多1.5臺(tái)機(jī)組保障臺(tái)積電新工廠的用電需求。而當(dāng)?shù)啬壳翱偣簿椭挥?0臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

2nm：MBCFET

在工藝下降到5nm之前，F(xiàn)inFET(鰭式場(chǎng)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(kāi)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(méi)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，全面柵極場(chǎng)效應(yīng)管可以有兩個(gè)或四個(gè)有效柵極。

通過(guò)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(wèn)題。

1nm：「鉍」密武器

今年5月，麻省理工學(xué)院(MIT)的孔靜教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)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。

自2019年起，MIT、臺(tái)大和臺(tái)積電就展開(kāi)了漫長(zhǎng)的跨國(guó)合作。

MIT團(tuán)隊(duì)最先發(fā)現(xiàn)，在「二維材料」上搭配「半金屬鉍(Bi)」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。

之后，臺(tái)積電技術(shù)研究部門則將「鉍(Bi)沉積制程」進(jìn)行優(yōu)化。

最后，臺(tái)大團(tuán)隊(duì)運(yùn)用「氦離子束微影系統(tǒng)」將元件通道成功縮小至nm尺寸，終于獲得突破性的研究成果。

這種材料被作為二維材料的接觸電極，可以大幅度降低電阻并且提升電流，從而使其能效和硅一樣，實(shí)現(xiàn)未來(lái)半導(dǎo)體1nm工藝的新制程。

未來(lái)，「原子級(jí)」薄材料是硅基晶體管的一種有前途的替代品。