台积电将开始3纳米工艺风险试产

所属趣点:智能机业界

Amy.www

2021-01-16 18:03:17

台湾积体电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.)本周表示,预计投入250-280亿美元以增建晶圆厂,提升现制程技术。2020年第四季度,5纳米和7纳米技术的收入占台积电收入的近一半,此外,随着苹果和英特尔计划对台积电增加订单数量,台积电提升产能也迫在眉睫。


如果台积电董事会批准所有投资提议,那么台积电的资本支出将同比上升45%~62%。LION在台积电资本预算中的份额将用于扩大该公司N5和N7的产能,以及为其N3提供尖端装配,计划从2022年下半年开始投入使用。

本周,台积电首席财务官黄文德在与电话会议上表示:“2021年总预算中约80%将用于投资先进制程技术,包括N3,N5和N7;约10%将用于高级封装和制作;约10%将用于专业技术。”

中国复兴证券分析师Szeho Ng在上周五发给客户的一份报告中写道:“2021年的资本支出主要用于N5扩建(至少是目前55-60K WPM产能的2倍),而N3建设仅限于中试线/初期生产(+10-15K WPM,尽管我们预计N3产能在全面提升后将与N5类似)。”

半导体生产属于高度资本密集型的产业,随着工艺技术进步,制造工具昂贵,芯片制造商不得不增加预算,建造造价高达200亿甚至更高的晶圆厂。近年来,由于研发成本和工厂建造成本越来越高,许多半导体代工厂商不得不从中抽身,转向专业技术开发。

竞争对手相继退出,台积电现在的客户越来越多。5G,人工智能,高性能计算(HPC)和边缘计算等相关产业发展史大势所趋,市场对台积电高端产品需求量增加,并在未来几年保持上升趋势。


2020年第四季度,使用N5加工的晶圆销售额占台积电晶圆总收入的20%,而N7和12纳米/16纳米的销售额分别占29%和13%。总体而言,N5和N7占台积电晶圆收入的49%,而先进节点(N5,N7,N12/N16)占公司总晶圆收入的62%。台积电的N5制程技术主要被苹果公司用于智能手机和平板电脑的A14系统级芯片,以及用于最新M1 SoC处理器。该公司的N7被AMD,苹果,Nvidia,高通和Xilinx等公司广泛使用,而N12/N16则被数十家公司用于各种应用。

黄先生表示,第四季度,随着5G智能手机和HPC相关应用推出,业界N5技术需求量增大,也推动台积电发展。进入2021年第一季度,预计随汽车市场复苏、高性能计算(HPC)相关需求、以及智能手机季节性增长,台积电将得到一定发展。

与N7相比,台积电N5技术得到重大改进,在相同的功率和环境下其性能增加15%,相当于功耗降低30%,以及高达1.8倍的晶体管密度(并非适用于所有结构)。此外,N5在超过10层上使用极紫外(EUV)光刻,将掩模数量减少到81个,以及减少甚至避免使用多图案化,有效降低成本,提升产量。考虑到N5的优势,目前使用N7的用户也将逐渐转换为使用N5。

今年下半年,台积电或将向推出性能更强的N5P,预计在保持总体兼容的同时,比N5性能提高5%和/或功耗降低10%。然而,N5P将仅供特定芯片设计人员使用,因为明年台积电将推出N4,在设计规则,IPs和SPICE级别上与N5兼容的同时,进一步提升PPA(功耗,性能,面积)增强。台积电目前使用N5技术处理晶圆的晶圆厂也将可以使用N5P和N4,因此其将成为一项长期投资。

继N5之后,台积电的下一步将聚焦N3。该技术承诺在相同功率和晶体管数量下,最高可提升15%的性能,相当于降低30%的功率,同时SRAM密度可提高20%,逻辑密度可提高70%。这项技术仍在开发中,将从2022年下半年开始使用。


台积电表示,与处于类似发展阶段的N5和N7相比,N3更吸引HPC(台积电认为“HPC”是指所有CPU,GPU,FPGA,非移动SoC,专用加速器等)和智能手机领域的潜在客户。

台积电首席执行官魏志忠说:“我们看到,与同样阶段的N5和N7相比,N3在HPC和智能手机应用方面的客户参与程度要高得多。将在2021年进行试产,并计划于2022年批量投入生产。”

台积电并没有透露任何数字来量化客户对N3的兴趣,不过未来几年会有越来越多的新应用,因此有更多厂商挑选领先技术也不足为奇。此外,由于N3继续依赖具有可预测性能和成本的FinFET晶体管结构,其后代将转向GaAFET,因此制造过程将非常漫长,对设计成本产生重大影响。例如,2020年第四季度,台积电28纳米平面晶体管销售额占其晶圆营收的11%,这距离引入制造工艺已经过去了9年。

虽然将有数十家公司使用台积电的N3和N5,但有两家客户将对台积电未来几年的资本支出预算产生重大影响:苹果和英特尔。

通常来说,苹果给台积电的大部分订单都是其用于智能手机和平板电脑的SoC。苹果的许多供应商也在台积电生产芯片,但这些半导体不是根据苹果的订单生产的,也不是专门为该公司生产的。随着苹果逐渐开始使用自研芯片和调制解调器,以及增加依赖于自己的系统集成封装(system-in-packages,SiPs)的配件的销售,它将大幅增加对台积电的订单。


苹果是全球第四大个人电脑供应商,去年出货2310.2万台,约占7.6%市场份额。根据IDC的数据,2020年个人电脑的总销量为3.026亿台。若Mac全部改用苹果自研芯片,假设市场保持不变,苹果不再获得市场份额,它每年将需要至少2310.2万个大芯片(M1的面积为120平方毫米,比英特尔的Tiger Lake-U小26平方毫米)。

根据IDC的数据,苹果也是2019年第三大智能手机供应商,出货量为1.91亿部。若该公司停止使用第三方5G调制解调器,而逐渐采用自研芯片,每年将再增加对台积电2亿块芯片的订单。

苹果向PC SoC和调制解调器的过渡将在未来几年内完成。虽然目前很难量化苹果对台积电的晶圆订单,但可以肯定的是,台积电目前生产的约2亿个智能手机晶圆中,新增2500万个PC SoC和2亿个调制解调器,将显著增加代工厂为苹果加工的晶圆数量。

英特尔已经将多个产品的生产外包给台积电,并从多方证实将在台积电生产Atom和Xeon SoC以及GPU。不过,目前尚不清楚英特尔是否打算在台积电生产客户端和服务器CPU,以及分配给台积电的比例是多少。


英特尔的外包计划尚不明确,然而,可以确定的是,英特尔每年销售数亿个处理器和芯片组,即使该公司决定将10%~15%的处理器和芯片组外包给台积电,仍将是一个不小的数目。


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