臺(tái)積電在臺(tái)興建全球最尖端半導(dǎo)體2nm芯片廠

  ICC訊  據(jù)日經(jīng)亞洲報(bào)道，臺(tái)積電日前已開(kāi)始建設(shè)全球最尖端半導(dǎo)體2nm芯片的新工廠。2022年夏季以來(lái)，半導(dǎo)體市場(chǎng)大幅下滑，但臺(tái)積電并未放緩?fù)顿Y步伐。在臺(tái)海局勢(shì)備受關(guān)注的背景下，從最圖片可以看出尖端半導(dǎo)體在中國(guó)臺(tái)灣的進(jìn)一步集中。

  位于臺(tái)北市西南60公里處，可以說(shuō)是中國(guó)臺(tái)灣心臟地帶的科技園區(qū)“臺(tái)灣硅谷”。如同圍繞著臺(tái)積電總部，云集中國(guó)臺(tái)灣內(nèi)外的眾多相關(guān)企業(yè)鱗次櫛比。

  在臺(tái)積電總部后方的丘陵地帶，在相當(dāng)于約12個(gè)東京巨蛋體育場(chǎng)的約55萬(wàn)平方米的廣闊面積內(nèi)，一座計(jì)劃開(kāi)始制造2納米(納米為十億分之一米)芯片的新廠房已悄然竣工。

  相關(guān)供應(yīng)商表示，2nm芯片工廠的投資額約為2萬(wàn)億日元(約合人民幣1045億元)。臺(tái)積電計(jì)劃在這里建立四個(gè)這樣的工廠。對(duì)于臺(tái)積電來(lái)說(shuō)，這也是有史以來(lái)最大的項(xiàng)目。建設(shè)工作的進(jìn)度相當(dāng)緊湊，因?yàn)樵摴具€計(jì)劃在兩年后的2025年盡快開(kāi)始量產(chǎn)。

  在全球半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是最近三年，廠商之間的差距逐漸拉大。2020年春天，疫情在全球蔓延之際，臺(tái)積電推動(dòng)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的5nm芯片量產(chǎn)，引發(fā)業(yè)界沸騰。

  競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的斗爭(zhēng)

  另一方面，韓國(guó)最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星電子也涉足5nm芯片，但“良品率沒(méi)有提升，舉步維艱”(日本供應(yīng)商高管)。美國(guó)的英特爾更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面，產(chǎn)業(yè)從此進(jìn)入“臺(tái)積電頂電時(shí)代”。到2022年底，臺(tái)積電將成功量產(chǎn)3nm芯片，成為進(jìn)一步領(lǐng)先5nm芯片的最前沿產(chǎn)品。趁著這個(gè)勢(shì)頭，超半導(dǎo)體2nm芯片超3nm的新廠建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)，這就是臺(tái)積電的現(xiàn)狀。

  與目前最先進(jìn)的3nm芯片相比，2nm芯片的加工性能提升了10～15%。功耗可降低25%至30%，并可延長(zhǎng)智能手機(jī)等的“待機(jī)時(shí)間”。

  2nm芯片的生產(chǎn)難度特別高，這對(duì)芯片行業(yè)也有著特殊的意義。因?yàn)槿绻?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%8f%b0%e7%a7%af%e7%94%b5&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">臺(tái)積電成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，臺(tái)積電占據(jù)全球尖端芯片市場(chǎng)90%以上份額的壟斷地位或?qū)⑦M(jìn)一步鞏固。

  在2nm芯片領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)半導(dǎo)體的技術(shù)進(jìn)步縮小電子線路的線寬外，臺(tái)積電有望在完全不同的層面上突破重大壁壘。

  長(zhǎng)期以來(lái)，半導(dǎo)體的發(fā)展一直基于以納米為單位縮小半導(dǎo)體基板(晶圓)上電子電路的線寬。 這是因?yàn)橹灰€寬更細(xì)，就可以貼裝晶體管等更重要的元器件，通過(guò)提高加工速度可以提高半導(dǎo)體的性能。然而，自2020年5nm芯片開(kāi)始量產(chǎn)以來(lái)，產(chǎn)業(yè)就面臨困難。這是因?yàn)檫^(guò)去10年使用的被稱為“FinFET”的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到了極限。如果試圖進(jìn)一步減小電子電路的線寬，則經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大量電流泄漏到不應(yīng)流過(guò)的地方的現(xiàn)象。

  為了防止這種電流泄漏，各個(gè)公司展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，開(kāi)發(fā)了一種名為“納米片(nanosheet)”的新型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，稱為環(huán)柵技術(shù)(gate-all-around，簡(jiǎn)稱GAA)，推廣了很長(zhǎng)時(shí)間。臺(tái)積電為此開(kāi)發(fā)工作了大約15年。

  美國(guó)的IBM、英特爾、三星也一直在推動(dòng)發(fā)展，但對(duì)加工技術(shù)要求極其精細(xì)，量產(chǎn)難度極大。 三星在2022年部分引入了該技術(shù)，但“難以投入生產(chǎn)”(市場(chǎng)分析師)。2022年夏季成立的Rapidus Japan，為推進(jìn)尖端半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化，也從IBM獲得了技術(shù)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但能否成功還是未知數(shù)。

  采用納米片的2納米芯片將成為最精密、最好的技術(shù)——2022年8月，臺(tái)積電的首席執(zhí)行官(CEO)魏哲家在總部所在地新竹舉行的技術(shù)說(shuō)明會(huì)上，面對(duì)在座的供應(yīng)商管理層等，對(duì)2納米芯片的實(shí)用化顯示出極大的自信。

  2023年1月，魏哲家在發(fā)布會(huì)上表示，2nm芯片的研發(fā)進(jìn)展快于預(yù)期，再次強(qiáng)調(diào)進(jìn)展順利。已開(kāi)工項(xiàng)目的進(jìn)展也體現(xiàn)了這種信心。

  并未放緩?fù)顿Y步伐

  目前半導(dǎo)體市場(chǎng)受全球通脹及經(jīng)濟(jì)放緩影響，2022年夏季開(kāi)始面臨需求下滑，尤其是個(gè)人電腦及智能手機(jī)所用芯片需求不振，連臺(tái)積電工廠開(kāi)工率 已經(jīng)下降。

  盡管如此，臺(tái)積電今年預(yù)計(jì)在設(shè)備上的投資高達(dá)360億美元，直接關(guān)系到競(jìng)爭(zhēng)力的尖端領(lǐng)域?qū)ε_(tái)灣的投資步伐并未放緩。 在臺(tái)積電僅次于新竹的第二大基地所在的南部臺(tái)南市，將于2022年底開(kāi)始量產(chǎn)的5家3納米芯片工廠的生產(chǎn)也在快速推進(jìn)。

  占全球90%以上的尖端半導(dǎo)體產(chǎn)品的過(guò)度集中，未來(lái)在臺(tái)灣將進(jìn)一步加劇。 日本經(jīng)濟(jì)新聞社數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電公布的2020年后尖端產(chǎn)品(7nm以上芯片)新廠數(shù)量?jī)H在臺(tái)灣地區(qū)就達(dá)到16家。

  臺(tái)積電在美國(guó)亞利桑那州只有兩家海外工廠。 此外，美國(guó)3nm芯片量產(chǎn)要等到2026年，比臺(tái)灣晚了4年。

  雖然指出了臺(tái)海的風(fēng)險(xiǎn)，但實(shí)際上，目前半導(dǎo)體過(guò)度集中在臺(tái)灣的局面正在強(qiáng)化。 這種風(fēng)險(xiǎn)在未來(lái)可能會(huì)進(jìn)一步增加。(校對(duì)/武守哲)