臺(tái)積電向3納米挺進(jìn)：英特爾受傷AMD獲益，三星奮力追趕

極客網(wǎng)·極客觀察8月31 臺(tái)積電日期召開年度Technology Symposium會(huì)議，在會(huì)上介紹了3nm制程的詳細(xì)情況以及5納米規(guī)劃方案，干貨頗多。

首先從N7+節(jié)點(diǎn)說起，這種制程已經(jīng)很少用了，Kirin 990就是用N7+技術(shù)制造的。馬上到來(lái)的是N5節(jié)點(diǎn)，用到了二代DUV和EUV技術(shù)。在過去幾個(gè)月，N5芯片已經(jīng)開始量產(chǎn)，預(yù)計(jì)今年N5芯片就會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品，賣給消費(fèi)者，蘋果下一代芯片可能會(huì)首先用上N5制程。

按照臺(tái)積電的說法，N5的缺點(diǎn)密度（指芯片單位面積上有多少缺點(diǎn)數(shù)）比N7低四分之一，在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，N5的良率比N7和N10要高，而且未來(lái)缺點(diǎn)密度還會(huì)進(jìn)一步降低，之前兩代產(chǎn)品就呈現(xiàn)這樣的趨勢(shì)，所以臺(tái)積電預(yù)測(cè)N5也會(huì)遵循相同的發(fā)展軌跡。

另外，臺(tái)積電還在為N5P節(jié)點(diǎn)做準(zhǔn)備，它相當(dāng)于N5的升級(jí)版，速度提升5%，能耗降低10%。在N5P之后，臺(tái)積電將會(huì)引入N4節(jié)點(diǎn)。照估計(jì)，2021年四季度N4芯片將會(huì)進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)階段，2022年年末大規(guī)模量產(chǎn)。

3納米成為新陣地

在這次會(huì)議上，最大的新聞應(yīng)該是3納米N3節(jié)點(diǎn)，它相比N5節(jié)點(diǎn)前進(jìn)很大一步。其實(shí)之前臺(tái)積電已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹過3納米N3節(jié)點(diǎn)，只是這一次更詳細(xì)。

三星也在研究3納米制程，它用的是GAA (Gate-all-around)晶體管架構(gòu)，臺(tái)積電不一樣，它堅(jiān)持使用FinFET晶體管，并引入一些創(chuàng)新技術(shù)。與N5節(jié)點(diǎn)相比，在相同功耗等級(jí)下臺(tái)積電N3芯片性能提升10-15%，在相同晶體管速度下能耗降低25-30%。另外，晶體管密度也會(huì)提升70%，也就是說相同尺寸的芯片性能會(huì)更強(qiáng)。

從能耗、性能上看，臺(tái)積電N3制程將會(huì)跟上三星3GAE的節(jié)奏，但在密度方面比三星更出色。

蘋果芯片完全交給臺(tái)積電制造，想知道芯片行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，蘋果就是風(fēng)向標(biāo)。而制造技術(shù)又在發(fā)展過程中扮演關(guān)鍵角色，芯片有多大、有多復(fù)雜、有多快、能耗有多高都由制造技術(shù)決定。

蘋果A12處理器是用臺(tái)積電7納米技術(shù)制造的，A13（iPhone 11）芯片進(jìn)一步增強(qiáng)，屬于二代7納米技術(shù)。今年晚些時(shí)候，估計(jì)蘋果就會(huì)用上5納米A14芯片。明年蘋果可能會(huì)用上N5P制程（增強(qiáng)版N5技術(shù)），相同功耗下性能提升5%，相同性能下能耗減少10%。有人估值，A14芯片的性能與15英寸MacBook Pro應(yīng)該差不多。

不難看出，真正的突破在于3nm，它算是一次飛躍。2018年跳到7納米，今年跳到5納米，2022年跳到3納米，這三次進(jìn)步都是巨大的。

2022年秋天蘋果新品（iPhone 14、Apple Watch Series 8、Mac）將會(huì)用上3納米芯片，它的能耗與性能都會(huì)比今天出色很多。到那時(shí)，Mac轉(zhuǎn)型將會(huì)完成，芯片密度會(huì)是今天的3倍，能效提升50%。蘋果可以用新芯片制造更棒的iPhone、iPad、Mac，但更值得期待的是穿戴產(chǎn)品，甚至有可能包括AR頭盔。

在3納米之后，臺(tái)積電將會(huì)繼續(xù)向2納米挺進(jìn)。大約2022年年末時(shí)臺(tái)積電就會(huì)向2納米轉(zhuǎn)移，它已經(jīng)開始建設(shè)芯片廠和研發(fā)中心。

英特爾受傷AMD獲益

最近，英特爾宣布回購(gòu)100億美元股票，股價(jià)因此大漲。但在分析師眼中，英特爾的處境并不樂觀。早在2018年年末時(shí)，英特爾的問題就已經(jīng)浮出水面，因?yàn)?0納米芯片研發(fā)遇到麻煩，14納米芯片又缺貨（英特爾的芯片是自己生產(chǎn)的）。反觀英特爾的對(duì)手AMD，它將新處理器交給臺(tái)積電生產(chǎn)，在PC市場(chǎng)拿到不少份額。

在制程方面臺(tái)積電已經(jīng)跑在英特爾前面，英特爾還沒有推出10納米芯片，AMD已經(jīng)開售7納米芯片。不過請(qǐng)注意，從技術(shù)上講，AMD的7納米芯片相當(dāng)于英特爾的10納米，因?yàn)槎叩墓?jié)點(diǎn)差不多一樣，但是在相同性能下AMD芯片的能耗比英特爾芯片低。

AMD持續(xù)提供廉價(jià)芯片讓英特爾很頭痛。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2016年三季度至2020年三季度，英特爾在CPU市場(chǎng)的份額從82.5%降到62.4%，AMD份額從17.5%攀升到37.5%。

投資者希望英特爾跳過10納米直接生產(chǎn)7納米芯片，但是上個(gè)季度英特爾承認(rèn)7納米技術(shù)落后于內(nèi)部目標(biāo)大約12個(gè)月，也就是說要等到2022年或者2023年才能推出7納米芯片。

反觀臺(tái)積電，今年它已經(jīng)開始生產(chǎn)5納米芯片，2021年開始測(cè)試3納米芯片。有了臺(tái)積電幫忙，與英特爾對(duì)戰(zhàn)時(shí)AMD的優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

三星努力追趕

為了追趕臺(tái)積電，三星現(xiàn)在開始大規(guī)模量產(chǎn)5納米芯片。最近三星還透露說它正在開發(fā)4納米芯片，而之前的傳聞卻說三星準(zhǔn)備跳過4納米直接進(jìn)入3納米?？赡苁怯捎谂_(tái)積電準(zhǔn)備制造N4芯片，所以三星也會(huì)在2022年或者2021年年底量產(chǎn)4納米芯片。

很快三星就會(huì)用5納米技術(shù)生產(chǎn)Exynos 1000芯片，供Galaxy S新旗艦手機(jī)使用；另外，三星還與AMD合作，為AMD生產(chǎn)顯卡芯片。據(jù)說三星還拿到高通的訂單，為高通生產(chǎn)5納米驍龍875G和735G芯片。

今年三季度，三星芯片制造業(yè)務(wù)的營(yíng)收約為353億美元，同比增長(zhǎng)4%，但它在整個(gè)市場(chǎng)的份額卻下降了，只有17.4%。之所以如此，可能是因?yàn)镚alaxy S20銷售不佳。臺(tái)積電的份額上升到53.9%，比之前一個(gè)季度增加2.4個(gè)百分點(diǎn)，主要是因?yàn)閬?lái)自蘋果、高通、Nvidia、AMD的訂單增加。

ASML也為臺(tái)積電助威

最近，荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML在臺(tái)灣建了一個(gè)訓(xùn)練中心，投入1600萬(wàn)美元，專門為臺(tái)積電培養(yǎng)人才。訓(xùn)練中心的主要任務(wù)就是培養(yǎng)EUV光刻機(jī)操作員，教他們操縱機(jī)器，臺(tái)積電是ASML的最大客戶。

ASML全球副總裁Mark Ting在開幕式上表示，將會(huì)繼續(xù)向臺(tái)灣投資，公司還準(zhǔn)備再建一個(gè)研發(fā)中心，在3年內(nèi)將臺(tái)灣研發(fā)員工增加一倍，達(dá)到500人。Mark Ting說：“臺(tái)灣目前是世界上安裝EUV系統(tǒng)最多的地方……我們會(huì)繼續(xù)向這里投資?！?/p>

世界上只有一家公司提供EUV機(jī)器，它就是ASML，而臺(tái)積電是ASML最大的客戶。ASML還在韓國(guó)建有EUV培訓(xùn)中心，為三星提供服務(wù)，不過那里沒有現(xiàn)場(chǎng)演示機(jī)器，臺(tái)灣有。

一臺(tái)EUV機(jī)器的價(jià)格約為1.2億美元，臺(tái)積電和三星購(gòu)買時(shí)有折扣。2020年，ASML預(yù)計(jì)將會(huì)提供35套EUV系統(tǒng)，據(jù)說當(dāng)中20多套的買家都是臺(tái)積電。

臺(tái)灣的目標(biāo)是吸引國(guó)外芯片制造設(shè)備供應(yīng)商前往臺(tái)灣投資，在當(dāng)?shù)刂圃煸O(shè)備，這些企業(yè)包括 Applied Materials、Lam Research和ASML。日本也有一些關(guān)鍵芯片制造材料生產(chǎn)商，比如日立、三菱化學(xué)，它們已經(jīng)在臺(tái)灣投資。就眼下而言，雖然中、日、韓極力追趕，但在芯片制造設(shè)備、關(guān)鍵材料方面仍然落后于美國(guó)。

去年ASML準(zhǔn)備將先進(jìn)EUV光刻機(jī)賣給中芯國(guó)際，不過迫于美國(guó)壓力只能放棄。現(xiàn)在全球只有兩家企業(yè)用EUV光刻機(jī)生產(chǎn)芯片，一家是臺(tái)積電，另一家是三星。英特爾也準(zhǔn)備引入EUV技術(shù)。

臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)研究所芯片分析師Arisa Liu認(rèn)為，ASML在臺(tái)灣設(shè)立培訓(xùn)中心說明它看好臺(tái)積電，也與各地區(qū)的行動(dòng)保持一致，全球各地都意識(shí)到半導(dǎo)體供應(yīng)鏈必須重視本地化。

他說：“在芯片制造設(shè)備、關(guān)鍵材料方面，臺(tái)灣離自給自足仍然很遙遠(yuǎn)……中美科技沖突、全球大流行引起關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)體警惕，它們意識(shí)到只有讓核心供應(yīng)鏈本地化才能確保業(yè)務(wù)持續(xù)下去。所有貿(mào)易和科技地緣沖突都與關(guān)鍵國(guó)家的再平衡希望有關(guān)，比如日本、美國(guó)，它們會(huì)把核心制造帶回國(guó)內(nèi)，這種趨勢(shì)已經(jīng)開始凸顯了?！保ㄐ〉叮?/p>

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