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台积电加速发展先进工艺,1nm芯片要来了?

时间:2022-1-12 10:43:00
摘要:目前最先进的芯片制程工艺已经来到了4nm,三星和台积电同时拥有了制造能力,台积电的4nm工艺将会搭载联发科首发,而三星的首发权依然是给到了高通,根据台积电传出的消息,3nm的工艺预计将会在明年下半年实现,而在近期台积电再度传来了1nm以及2nm制程工艺的消息!

目前最先进的芯片制程工艺已经来到了4nm,三星和台积电同时拥有了制造能力,台积电的4nm工艺将会搭载联发科首发,而三星的首发权依然是给到了高通,根据台积电传出的消息,3nm的工艺预计将会在明年下半年实现,而在近期台积电再度传来了1nm以及2nm制程工艺的消息!

台积电赴美建厂的过程并不顺心,超出几倍成本的工厂建设支出,而此前讲好的补贴也此次未能到账,让台积电开始心力交瘁,在美建设的产能为5nm,随着工期不断的被延误,具体何时能够投产目前也无法确定,而近期台积电还答应了赴日建厂的邀请,这也算是近期台积电比较顺心的事了。

虽然在相关限制之下,赴日建设的工厂产能被限制在了28nm,但相对建设起来的周期会比较短,而赴美建设的5nm产能虽然高端,但缺乏相应的产业链拖垮了工期,预计要等到2024年才能正式投产,届时全球缺芯的状态或许已经解除了,而台积电的制程工艺或许已经精进到2nm水准了,那么5nm的生产线实际意义就不大了。

而就在近期台积电也传出了关于1nm,2nm的消息,虽然制程工艺还没有研发成功,但台积电已经开始着手建设相应的工厂了,目前建设选址也已经敲定在总部地区,也就意味着众多国家争来争去,最终台积电没有做出任何的妥协。

有国外媒体报道,台积电正在按照原有计划展开2nm工艺的研发和量产,据悉,台积电2nm工厂的建设已经提上日程。

2nm工厂的选址在台中的中科园区,预计2027年实现量产,是新竹园区之后的第二个2nm晶圆厂。

值得一提的是,台积电的动作远比想象中快,该公司不仅在为2nm工艺做打算,连1nm芯片相关事宜也做好了计划。

1nm芯片要来了

12月29日快山猫体育直播消息,有业内人士预计,台中建厂的计划为未来的1nm工艺预留了可能。

如果一切顺利的话,台积电将会在台中建设1nm晶圆厂。

由此可见,台积电将眼光放在了2nm之后更高精度的芯片制造工艺上,在台中的建厂耗资最多达到2300亿人民币。

按照2021年年初该公司宣布的计划,三年内台积电将支出1000亿美元用于半导体产能扩张。

虽然台积电需要为缓解全球芯片市场供应紧张状况而扩充成熟工艺产能,但该公司仍然会将先进工艺的发展视为重点。

台积电加速发展先进工艺

一方面,当前全球芯片荒的确在持续蔓延,但可以肯定的是,这场缺芯潮不会永远持续下去。

毕竟除了台积电之外,包括中芯国际等专业晶圆代工厂也在加速扩充产能。

根据业内人士的分析,新增产能预计会在2022年下半年或者2023年释放。更有人认为,未来全球半导体市场会出现芯片产能过剩的情况。

2021年全球半导体产能紧张,现在一年了也没好转,抢占产能成为各大半导体设计公司的头等大事,第一大晶圆代工厂台积电成为香饽饽,AMD,苹果,NVIDIA等公司纷纷提前支付预订款锁定产能,今年5nm及3nm工艺是重点。

据报道,虽然Q1季度是传统的淡季,但是台积电收到的预付款创新高了,各大半导体设计公司预付了1500亿新台币的款项,约合346亿元,而去年Q3季度的时候已付款也不过1063.29亿新台币。

在过去8个季度中,台积电的预付款金额稳步提升,每一季的增长率都超过144%,客户预付费锁定订单推动了台积电业绩不断增长,今年的营收增长率依然会高达26%。

在支付预付款的客户中,苹果,AMD,NVIDIA,高通等公司是重点,其中苹果现在主力产能是5nm,今年还会抢先用上台积电最新的3nm工艺,不过iPhone 14的A16芯片是赶不上了。

AMD的工艺主要集中在7nm,6nm及年底的5nm上,最近发布的锐龙6000升级6nm,年底的Zen4则要上5nm工艺。

在工艺下降到5nm之前,FinFET(鳍式场效应晶体管)一直是很好的。

当达到原子水平 (3nm是25个硅原子排成一行) 时 ,FinFET开始出现漏电现象,可能不再适用于更进一步的工艺水平。

在2nm工艺上,台积电并没有直接使用三星规划在3nm工艺上使用的GAAFET (环绕栅极场效应晶体管),也就是纳米线(nanowire),而是将其拓展成为MBCFET(多桥通道场效应晶体管),也就是纳米片(nanosheet)。

GAAFET是一个周围都是门的场效应管。根据不同的设计,全面栅极场效应管可以有两个或四个有效栅极。

通过在栅极上施加电压,你可以控制源极和漏极之间的电流,将其从0切换到1,并创建一个处理器的二进制逻辑。

从GAAFET到MBCFET,从nm线到nm片,可以视为从二维到三维的跃进,能够大大改进电路控制,降低漏电率。

2nm采用以环绕闸极(GAA)制程为基础的MBCFET架构,可以解决FinFET因制程微缩产生电流控制漏电的物理极限问题。

1nm:「铋」密武器

2021年5月,麻省理工学院(MIT)的孔静教授领导的国际联合攻关团队探索了一个新的方向:使用原子级薄材料铋(Bi)代替硅,有效地将这些2D材料连接到其他芯片元件上。

NVIDIA在台积电的订单占比不多,之前主要是7nm A100大核心,不过今年的RTX 40系列据悉会转向台积电5nm。

至于高通这边,这两年的主力代工也是三星5nm,4nm,不过今年下半年据说也会转向台积电的4nm工艺,推出升级版的骁龙8 Gen 1。

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