本報記者 譚倫 北京報道
繼今年6月首度公布2納米制程路線圖后，備受關注的芯片制造巨頭臺積電的高端制程量產(chǎn)推進時間表也于近日敲定。
公開報道指出，臺積電先進制程目前進展順利，3納米將于今年下半年量產(chǎn)，升級版的3納米制程將于2023年量產(chǎn)，2納米則預計于2025年量產(chǎn)。
作為全球最先進的芯片制程，臺積電2納米首次采用全新架構。據(jù)臺積電總裁魏哲家在此前的技術論壇上透露，相較3納米制程，采用新架構的2納米制程芯片在相同功耗下頻率可提升10%至15%，在相同頻率下功耗能降低25%至30%。
值得注意的是，2納米將是臺積電工藝制程方面的一個轉型節(jié)點。由于傳統(tǒng)的架構工藝已經(jīng)接近效能極限，臺積電最大的對手三星、英特爾已經(jīng)在3納米上使用最新工藝架構，但或是出于保守考慮，臺積電3納米仍然沿用了傳統(tǒng)架構工藝，這使得業(yè)內對臺積電3納米芯片的性能產(chǎn)生了頗多質疑。
而隨著最新制程的時間表陸續(xù)敲定，業(yè)內認為，臺積電將進一步拉開與三星、英特爾的差距。CHIP全球測試中心中國實驗室主任羅國昭向《中國經(jīng)營報》記者表示，臺積電在2納米制程上的轉型發(fā)力如果成功，會將此前在頭部客戶積累上的優(yōu)勢進一步放大，這也意味著全球芯片制造市場的馬太效應或將進一步加劇。
架構迭代的戰(zhàn)略差異
雖然新架構的市場前景未明，但放棄傳統(tǒng)架構，對執(zhí)行業(yè)牛耳的臺積電而言，或許只是遲早的事情，尤其是在三星、英特爾的步步進逼之下，舊架構的短板尤為凸顯。
長久以來，芯片制造廠商在先進制程方面都采用了鰭式場效電晶體（FinFET）架構，尤其是在臺積電內部，F(xiàn)inFET的技術積累尤為成熟，這也助其持續(xù)在先進制程的研發(fā)上保持領先。
但隨著芯片進入5納米范圍以下，F(xiàn)inFET的弊端也開始顯現(xiàn)。一位國內存儲芯片廠商的技術負責人告訴記者，集成電路工作通電時內部晶體管會存在漏電效應。“傳統(tǒng)上可以通過控制晶體管的間距降低這種影響，但當制程低到一個極限時，漏電的影響無可避免�！痹撠撠熑吮硎�。
而在業(yè)內這個極限節(jié)點普遍被認為是3納米，雖然臺積電宣稱通過技術改進很好地解決了漏電問題，但意圖趕超臺積電的三星已搶先做出改變，使用了新的全柵場效應晶體（GAAFET）結構，并宣布在2022年推出3納米GAA（全環(huán)繞柵極晶體管）的早期版本，而其“性能版本”將在2023年出貨。
“新架構還不算很成熟，臺積電歷來是穩(wěn)扎穩(wěn)打的風格，在3納米策略上應該還是不想太冒進。但三星不一樣，他們在5納米上已經(jīng)極大落后于臺積電，想要趕超也只能放手一搏。”半導體產(chǎn)業(yè)分析師季維告訴記者。
季維表示，其實臺積電一直在進行GAAFET的研發(fā)，并預備在2納米上再從FinFET切換到GAAFET，這樣在成本過渡上會更為合理，而在3納米方面臺積電也升級了相應的FinFET架構，依然保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。
值得注意的是，三星也的確為激進的制程策略付出了代價。由于新架構的良率出現(xiàn)問題，三星2021年中期宣布原本計劃于2022年投產(chǎn)的3納米芯片延期一年至2023年，與臺積電幾乎一致。因此，從結果而論，三星的搶跑計劃并沒有成功實現(xiàn)。
羅國昭認為，對手握蘋果等眾多一線廠商訂單的臺積電來說，產(chǎn)線和出貨穩(wěn)定性的優(yōu)先級是高于技術創(chuàng)新的。這種穩(wěn)定性也意味著，只有達到十足的把握，臺積電才會在2納米上采用新架構。
成熟制程仍是主流
雖然高精尖制程激戰(zhàn)正酣，但對芯片市場而言，成熟制程仍是主流市場需求。
臺積電公布的數(shù)據(jù)顯示，即便是目前使用最先進5納米制程的5G智能手機，也存在著非常多的成熟制程芯片，如各類傳感器、音頻、射頻、電源管理等芯片。單臺手機攜帶數(shù)量接近100顆，而其主要的制程工藝多在28納米以下，有些甚至達到微米級。
“臺積電和三星這些年的制程競賽吸引太多了市場的關注。其實從需求層面來看，10納米以上尤其是28納米以上才是全球芯片產(chǎn)業(yè)出貨量最高的產(chǎn)品。”季維表示，這一方面是需求決定，另一方面是高精制程的成本所決定。
國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會的報告指出，以采用FinFET工藝的5納米芯片為例，其設計成本是28納米制程的近8倍，而更復雜的GAAFET架構的成本則更高，而這只是芯片設計環(huán)節(jié)的費用。芯片代工廠商實際研發(fā)技術、建廠、買生產(chǎn)設備耗費的資金尚未計算在內。
“像很多行業(yè)一樣，這種高成本的游戲注定只是頭部幾家廠商玩得起，大多數(shù)主流廠商仍會集中在市場的主流需求上�！绷_國昭表示，以英特爾為例，其此前在7納米上的研發(fā)雖然延期，但除股價波動外，營收與利潤并未受到過多沖擊，正是由于其10納米及以上產(chǎn)品才是其出貨的核心。
羅國昭表示，以此前缺芯最嚴重的汽車行業(yè)為例，最為緊缺的微控制器芯片生產(chǎn)主要采用8英寸晶圓，芯片的制程普遍在45~130納米之間，這使得芯片市場除巨頭外，對先進制程的熱情并不會過多投注精力。
TrendForce最新預測報告顯示，2022年全球晶圓代工產(chǎn)能年增約14%，其中12英寸年增幅達到了雙位數(shù)18%。而12英寸新增產(chǎn)能當中約65%為28納米及以上的成熟制程，因此預計成熟制程產(chǎn)能年增率有望達到20%。
三巨頭決戰(zhàn)2納米
隨著頂尖制程進入2納米節(jié)點，臺積電、三星、英特爾三大芯片巨頭也將迎來新的對決。
公開信息顯示，目前臺積電2納米廠二期擴建計劃用地已經(jīng)敲定，計劃于今年三季度動工；三星則在今年7月宣布，已開始初步生產(chǎn)采用GAAFET架構的3納米工藝芯片，而2納米GAAFET工藝的量產(chǎn)時間也同樣定在2025年；英特爾方面此前則承諾到2025年重新獲得芯片制造技術的領先地位，并將投產(chǎn)2納米的時間目標定在2024年。
值得注意的是，英特爾還發(fā)布了1.8納米的時間表。據(jù)英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格表示，1.8納米將比計劃提前六個月推出，即在2024年底市場便能看見其動向。
季維此前向記者表示，如果英特爾能夠如期推出1.8納米制程，那顯然將趕上臺積電、三星的研發(fā)進度，甚至改變目前“雙雄爭霸”的競爭格局。TrendForce數(shù)據(jù)顯示，截至2021年末，臺積電是全球最大的芯片代工企業(yè)，其市場份額接近52.9%，而三星位居第二，市場份額為17.3%。
但是，對于英特爾發(fā)起的挑戰(zhàn)，羅國昭認為，芯片市場的反饋往往需要一個較長周期，而在英特爾此前在10納米及7納米上被臺積電、三星拉開差距后，尋回客戶的信任也需要較長時間，因此趕上將是一個漫長的過程。“至少在目前的全球代工份額上，英特爾還落后于聯(lián)電、格羅方德等對手�！彼硎尽�
更為重要的是，在羅國昭看來，臺積電的優(yōu)勢已經(jīng)建立，且這一優(yōu)勢建立在頂尖制程上。臺積電2021年的財報顯示，5納米芯片的出貨量占據(jù)了其總營收的20%，7納米占據(jù)了30%。“這代表先進制程幾乎占了臺積電一半的營收，這個比例是很可怕的。”羅國昭表示，這意味著臺積電在先進制程上與對手的優(yōu)勢不但很難縮小，而且可能進一步拉大。
此外，公開信息顯示，臺積電2022年下半年的資本支出還將大幅提升，明年或超過400億美元，其中2023~2025年來自蘋果、英特爾、超微、英偉達等大客戶的3納米晶圓代工強勁需求占主要部分。
在此背景下，臺積電無疑仍牢牢把握著2納米的優(yōu)勢。季維認為，在可見的未來，三星、英特爾暫時還無法趕超臺積電，全球芯片代工市場一超兩強的格局或將延續(xù)。
記者就納米制程相關問題向臺積電、三星、英特爾聯(lián)系采訪，截至發(fā)稿時未獲回復。
