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台积电英特尔争相建厂,IBM宣布2nm……美国半导体竞争看点十足

2021-05-14 Don Scansen,EE Times专栏作者 阅读:
台积电与英特尔竞相投资美国本地制造据点,为美国经济带来了不少乐观气氛;预期随着两家公司的生产线开始动工、量产,彼此间的竞争会更有看头。

IBM不久前宣布产出2纳米测试芯片,获得了全球各大媒体的广泛报导。IBM比较了自家2纳米与7纳米芯片,声称在功耗方面降低了75%,性能则提升了45%;该公司还以生物实体进行比较,解释2纳米的电晶体尺寸约仅2个DNA前导链(strand)大小。S74ednc

上述的DNA比较是笔者从CNN看到的,报导内容提及:“大多数驱动今日装置的电脑芯片是采用10纳米或7纳米制程技术,有一些制造商生产5纳米芯片。”而尽管5纳米制程技术的生产掌握在少数业者手中,但因为苹果(Apple)在iPhone 12采用的A14应用处理器芯片就是以5纳米生产,市场上采用该节点的产品已经大量生产。S74ednc

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IBM2纳米环绕式闸极(gate-all-aroundGAA)电晶体。(图片来源:IBM)S74ednc

更进一步说,5纳米半导体现在只有两家晶圆代工业者量产,包括为Apple生产A14芯片以及非手机产品使用之M1处理器的台积电(TSMC),以及为高通(Qualcomm)生产Snapdragon 888旗舰处理器的三星(Samsung)。S74ednc

IBM的行销团队试图将最新的测试芯片成果与现有的量产尖端制程进行比较,是可以理解的作法,但是把2纳米制程技术与已量产的成熟先进制程拿来比较,感觉有点偏离主题──特别在全球市场出现芯片缺货现象的此时,应该把更多注意力放在可量产芯片的生产力上。S74ednc

根据业界消息,台积电可能会在美国亚利桑那州另兴建5座晶圆厂;赋税优惠可能对台湾业者有利;但除了赋税优惠,产业分析师Jim McGregor最近表示,亚利桑那州的土地取得、基础设施(包括水、电供应)、人才、无天灾等等优势,对任何一家半导体制造商来说都是诱因。S74ednc

台积电宣布在接下来3年投资1,000亿美元扩充产能,其中有很大一部份可能就是在亚利桑那州“落地”(EETT编按:对此台积电的官方回应是,目前该公司亚利桑那州5纳米晶圆厂按原定计画进行──今年动工,2025年量产,预计月产能2万片──未来不排除扩产,但首要目标是让第一期厂房顺利营运并评估客户需求) 。S74ednc

笔者先前就认为,台积电宣布在亚利桑那州兴建晶圆厂,是对于半导体制造部署之思考以及位置选择的重要转变;但当初也有人质疑,台积电选择的5纳米节点可能会在晶圆厂开始量产的时候就已经“过时”。S74ednc

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台积电5奈米FinFET先进制程。 (图片来源:semiconDr)S74ednc

台积电5纳米FinFET先进制程。(图片来源:semiconDr)S74ednc

若该晶圆厂依据原先规划在2025年左右量产,5纳米应该仍然是晶圆供应主力与主流制程。而制程技术的“过时”可以藉由Chiplet等方法来缓解,以符合特定功能设计与经济效益需求。最先进的产品也会需要更大量的尖端制程芯片。S74ednc

假设台积电确实要在亚利桑那州扩大生产,考虑到该公司的营运规模以及美国政府积极投资半导体制造在地生产的情势,这看来是一个安全的赌注。台积电亚利桑那州晶圆厂由一座便总共六座,我们也可以预期在最后一座厂房开始生产时,当地的制程技术会涵盖最先进的节点。而全球半导体产业格局或许在未来十年将会相当不同。S74ednc

台积电在美国的扩产,也会包括先进封装技术的导入。笔者不久前与Deca Technologies技术长Craig Bishop聊过,美国缺乏能提供高产量先进封装服务的据点;Deca自己开发先进封装技术,但生产据点都在亚洲。预期未来芯片供应问题与目前半导体生产的地理集中性状况,美国看来终于要重新思考目前本土的“轻晶圆厂”策略,布局完整的半导体生产链。S74ednc

目前在美国本地进行先进半导体制程生产的英特尔(Intel),不久前大胆宣布将积极进军制造代工领域,为无晶圆厂IC设计业者提供一站式的服务。英特尔也宣布将投资35亿美元,扩充美国新墨西哥州Rio Rancho的封装据点。S74ednc

台积电与英特尔竞相投资美国本地制造据点,为美国经济带来了不少乐观气氛;预期随着两家公司的生产线开始动工、量产,彼此间的竞争会更有看头。S74ednc

而尽管上述厂商在美国扩展的消息非常正面,其阴暗面仍然存在,毕竟日益提升的、对于半导体战略重要性之认可,是基于目前全球半导体产能有超过一半是来自于一个高风险的地理位置──随着中国的野心越来越明显,台湾以及其芯片产出令人担忧。S74ednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:New Fab Plans: the Plot Thickens,by Don Scansen;编译:Judith Cheng)S74ednc

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