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半導體制造是人類最複雜的科技工程,隨著先進製程技術不斷演進,研發、製造成本大幅增加,技術和資金壁壘不斷提高,具備先進製程的廠商數量越來越少。

全球晶圓代工(Foundry)企業,臺積電是無可爭議的王者,在推動工藝進步的道路上不斷前行,成為各大晶片廠代工廠商,全球市場佔有率超過了 50%。最近幾年的 iPhone 處理器,從 A11、A12 到 A13、A14,幾乎都由臺積電包攬。7nm 時代,像高通驍龍 865、蘋果 A13 Bionic、華為海思麒麟 990,都不約而同選擇了臺積電為代工廠商。

臺積電近期公佈了 2021 年預計資本支出,其 280 億美元資本支出創歷史新高,其中 1600 億人民幣將用來進行 5nm 和 3nm 的研發。為了更好地滿足市場對先進晶片的需求以及應對行業發展競爭,臺積電還在大批招聘員工,今年預計將招聘近 9000 名新員工,較往年大幅增長近 20%。

在 5nm 工藝普及後,臺積電已轉向更先進的 5nm+ 工藝,即 5nm 工藝的改進版本 N5P。該工藝將用來生產新款 A15 晶片,搭載於今年的新款 iPhone 之中。預計蘋果將在 2021 年佔據臺積電 80% 的 5nm 產能。

目前臺積電的工作重心是 3nm 工藝,3nm 工藝按原計劃穩步進行,有望下半年開始 3nm 工藝的風險試產,屆時將生產 3 萬塊先進工藝晶片。3nm 工藝計劃 2022 下半年大規模投產,設定的產能是每月 5.5 萬片。隨後就將逐步提升,2023 年的月產能將提升到 10 萬片。

據悉,臺積電 3nm 工藝將繼續使用 FinFET 電晶體,但是相比於 5nm 電晶體密度增加了 70%,效能提升約 15%,功耗降低約 30%。

為了更好地實現製程工藝的進步,臺積電還預計在年底之前,完成 50 臺 EUV 光刻機的裝機工作,為 3nm 工藝量產做準備。臺積電 3nm 工藝準備了四波產能,其中首波產能中的大部分將留給他們的大客戶蘋果,預計將用於 A17 晶片。另外值得一提的是,英特爾也會將部分處理器訂單外包給,由臺積電 3nm 工藝完成。

3nm 再往前,臺積電將聯手蘋果,組建強大團隊攻堅難度更高的 2nm 工藝。據悉臺積電可能已經獲得了 2nm 工藝的訂單。雖然沒有提及名字,但可以猜到蘋果肯定在其中。

目前,臺積電正為未來 2nm 工藝場地作準備,臺積電將為 2nm 工藝單獨興建工廠,將新竹縣寶山鄉作為試驗和開發基地。如果一切順利,我們將會看到 2nm 工藝於 2023 年試產。

不過,即使臺積電和蘋果這兩大業界巨頭合作,人力和資金充裕,2nm工藝的開發仍然有較大的難度,恐怕在數年內難以看到量產。

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