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秦时明月之沧海横流,台积电的“极限应战”,是坚持走下去仍是拓荒新路?-雷火电竞csgo

admin 欧冠最新报道 2019-12-22 147 0
半导体工业团体哀悼摩尔定律失效,坚持死磕会有未来吗?

台积电仍是启动了2nm工艺的研制,工厂就设在中国台湾新竹的南边科技园。

从14nm、10nm、7nm、6nm、5nm、3nm再到现在的2nm,作为一个摩尔定律的张狂追随者,台积电在制程工艺上是成功的,至少到现在为止是这样。

但假如加上半导体团体哀悼摩尔定律失效的大布景,再看台积电接下来每一步有关“nm”的布局,就让人不免感觉它是“过火执着”了。

从代工而来,制程工艺是技能转型的开端

台积电的成功,在于它几乎以一己之力奠定了台湾半导体代工工业的江山。

1985年,辞去德州仪器高管职位的张忠谋,受邀回台出任台湾工业技能研究院院长,次年便“创造性”的提出“台湾半导体工业,应当走代工之路”的思路,创建台积电,以3微米和2.5微米工艺制程切入商场,并几经曲折拿到了英特尔的订单,一时刻风头无俩。但相同身世工研院的联华电子却不干了。

和台积电比较,联电创建时刻更早,曹兴诚还矢口不移代工形式是他想出来的,张忠谋仅仅抄袭者。跟着台湾半导体工业在全球代工商场位置的提高,订单接连不断,产能滞后问题也逐步露出出来。在与联电的剧烈竞赛中,仅单纯依托代工现已不可能再让台积电继续名列前茅,只得另找出路,也便是技能转型。

背水一战之下,张忠谋斥资50亿美元买下了台湾的第三大晶圆代工厂,有着德州仪器很多技能大牛站台的世多半导体。基于此,台积电开端脱离“初级代工”形式,并于0.13微米工艺中打败联电。也便是从此刻起,台积电开端在制程工艺上一骑绝尘。

有关台积电nm的进阶之路

在说台积电在制程工艺上的开展之前,咱们先聊聊提高制程工艺的含义和技能难点。

简略来说,制程工艺越先进,集成电路的精度就越高,在相同的材猜中能够承载的晶体管数量会越多、连接线越细。反应到芯片,便是功能越高、功耗越小。也因而关于IC厂商来说,越先进的制程工艺代工能够为其在日益剧烈的竞赛中赢得更多商场。

· 摩尔定律的完美履行者

其实在上世纪末,全球半导体工业中能在制程工艺上具有话语权的只要英特尔,就连台积电其时都是靠着英特尔团队找出的200多个问题才得以顺畅组成产线。

但三十年河东三十年河西,可能是在制程工艺上吃到了甜头,也可能是要将世多半导体的实力彻底发挥出来,再加上从2000年前后全球半导体工业进入了飞速开展期,将摩尔定律奉为“神律”台积电从此走上了死磕制程工艺之路:

1999年,抢先业界推出可商业量产的0.18微米铜制程工艺;2001年,推出业界榜首套参阅规划流程,协助客户下降0.25微米及0.18微米芯片的规划妨碍;2005年,成功试产65nm芯片;2008年,首先批量投产40nm芯片;2009年,28nm工艺试制成功,并于2011年完成量产,这也是台积电有史以来最成功的制程工艺;2013年,20nm工艺完成量产,且拿到了苹果A8处理器的订单。

能够看到,跟着技能和经历的堆集越来越多,台积电制程工艺进阶的时刻也越来越短,几乎将摩尔定律履行到了极致。但实践上,彼时的台积电即使前进飞快,在全球高端制程工艺竞赛中也没能跻身榜首队伍,直到16nm的呈现。

· 和三星的比赛

2015年,台积电宣告完成16nm制程工艺量产。本来,制程再次精从而广受职业重视无可厚非,但台积电这次“闹”的有点大。

因在A8处理器代工上的超卓体现,台积电再次和三星一同拿到了A9的订单。风趣的是,这一次三星运用的是14nm FinFET工艺,而台积电用的则是16nm FinFET工艺。依照一般常规,三星应强于台积电,但现实恰恰相反。

iPhone 6s上市后,很多用户在经过软件获取芯片信息后发现,三星和台积电的代工份额竟然是2:3。而更令人讶异的是,经过专业测验,搭载台积电代工的A9处理器的iPhone 6s,在功耗、续航等方面都强于三星,其间续航才干更是超出三星30%以上。一时刻舆论哗然,“芯片代工”成为了那段时刻的热议论题。

也便是从这儿开端,台积电得到了苹果的要点重视,和三星的比赛也进入了白热化阶段,最直接的便是它次年独吞了A10的悉数订单。而更令三星烦躁的是,台积电的10nm很快就来了。

在移动智能终端快速迭代,功能要求越来越高的情况下,为赶快推出10nm,台积电在2014年启动了一项“令内部人员惧怕”的方案——夜鹰方案,即从头编列一切研制人员,施行24小时三班轮值不断休作业形式。超高强度研制的推进下,2016年台积电宣告10nm开端量产,苹果的A11 Bionic、华为的麒麟970、联发科的Helio X3等大订单接连不断,到2017年第四季度,该制程工艺的营收占比已达台积电总营收的25%。

当然三星也没有示弱,在10nm制程工艺上推出了两个版别,10nm LPE(Low Power Early)和10nm LPP(Low Power Plus),除了使用在自家的Exynos 9810、Exynos 8895、Exynos 961上外,还拿下了高通骁龙835和845的订单。至此,制程工艺竞赛来到了个位数阶段,其间以当下正在使用的7nm最为剧烈。

2017年,台积电首先试产7nm制程工艺,次年宣告完成量产,进展快了三星超一年半时刻。也因为此,A12 Bionic、麒麟980、AMD Zen 2均挑选了台积电,就连高通都将骁龙855代工交给了它。

与此一起,麒麟985/990、苹果A13等也都被台积电归入囊中,而以华为和苹果手机当时的商场占有率,台积电接下来的财报必定可观。

吃了个大亏的三星只能“打快”,赶在上一年10月宣告可完成7nm EUV量产。与此一起,凭仗贱价,三星抢下了英伟达下一代GPU大单,工业链也有风闻称高通已重归三星,二者迁就骁龙865打开协作,估计在本年年底前完成量产。而就在本月初,三星抢先推出了全球首颗选用7nm EUV工艺制程的Exynos 9825芯片,着实刷了一波存在感。

更值得一提的是,在有关“7nm EUV良品率导致高通芯片全废”假新闻的回应中,三星表明“本年4月已完成该工艺量产,第四季度将有相关5G产品量产。”

能够说,在7nm制程工艺代工上,台积电和三星正在“你追我赶”的博弈中,推进着全球半导体工业开展。但死磕制程工艺,真的是半导体工业必定要走的路吗?

质疑声起,台积电现已走入死胡同?

其实,早在制程工艺走到10nm时,有关“半导体工艺已达物理极限”的说法就开端在业界被广泛提及。当“撑到”7nm时,这种说法更是甚嚣尘上,究竟就连英特尔都在这上面栽了跟头,黄仁勋更是揭露表明“摩尔定律已失效”。

但明显台积电并不这么以为,其全球营销主管Godfrey Cheng最近就揭露表明,“咱们能够在工艺、制程、晶体管等多方面提高芯片功能,以连续摩尔定律。”

依照揭露信息,接下来台积电将于下一年试产6nm、用5nm制程工艺量产骁龙875、2021年投产3nm、2024年投产2nm,乃至估计在2050年将晶体管做到0.1nm。

但是,台积电真的能将nm制程撑究竟吗?

其实,假如仅从制程工艺先进性上看,英特尔的10nm是要强于台积电的7nm的,前者晶体管密度达到了100.8MTr/mm2,而后者只要96.5MTr/mm2。也便是说,英特尔能够在一平方毫米的硅片中装入超一亿个晶体管,几乎细思极恐。

而前文提到半导体工艺其实是存在物理极限,其间仅量子隧穿和寄生电容暴升问题就极难处理,前者是当晶体管尺度缩小到原子级别后,电子可能会随意穿过壁垒导致漏电的问题;后者则是在线路过密过细的情况下,呈现非规划电容暴升问题,导致功耗添加。或许也正因为此,英特尔一向没能完成10nm量产。

相同的问题台积电也需求面临,相较于死守制程工艺,多做两手预备更为实践,例如在资料、光刻、封装上下功夫。

资料方面,寻觅新资料制造晶体管将是未来下降制程的首要途径之一。就当时来看,有关于3nm制程工艺的芯片资料均不是二氧化硅,而是石墨烯等新式复合半导体资料,但仅限于实验室阶段,量产需要时日,例如美国劳伦斯伯克利国家实验室成功用纳米碳控制成了1nm晶体管。

光刻方面,光刻机决议了制程工艺最小尺度。众所周知,光存在衍射问题,任何一台光刻机所能刻制的最小尺度,与它所用光源波长成正比,即波长越短,尺度就越小。就现在来看,EUV(极紫外)为一切已使用的光刻技能中最为先进的,而关键技能则只把握在荷兰的ASML公司手中。也因而,使用更短波长的光源和把握核心技能也将成为全球半导体工业未来的重要课题。

封装方面,张忠谋也曾说过,“为连续摩尔定律,先进封装也是可走的路。”现在,台积电现已推出CoWoS、bumping、InFO等后端3D封装产品和前道3D封装工艺SOIC和全新的多晶圆堆叠等多种封装方法。

以智能手机为例,在电池体积短时刻内无法减小、芯片二维空间固定的情况下,恰当添加芯片厚度,即“经过多加几层硅片以添加晶体管数量”不失为方法之一。

毋庸置疑,提高制程工艺为半导体工业开展供给了极大的助力,但在“物理极限”的应战下,坚守必定不是长久之计。作为全球首大晶圆代工厂,台积电在坚持按摩尔定律走下去一起,恰当拓荒一些“岔道”才干未雨绸缪。

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