12月29日，臺(tái)積電舉行3nm量產(chǎn)及擴(kuò)產(chǎn)儀式，宣布其3nm技術(shù)成功進(jìn)入量產(chǎn)階段。臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音在致辭中表示：“3nm與5nm同期良率相當(dāng)，也已經(jīng)與客戶共同開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品并大量生產(chǎn)。”據(jù)悉，臺(tái)積電3nm工藝技術(shù)將應(yīng)用在推動(dòng)未來(lái)頂尖產(chǎn)品中，包括超級(jí)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心、高速國(guó)際網(wǎng)絡(luò)、AR/VR等。臺(tái)積電在先進(jìn)工藝方面的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星電子于2022年上半年率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)3nm。但是三星3nm工藝一直受到良率與功耗問(wèn)題的困擾。隨著臺(tái)積電量產(chǎn)3nm，業(yè)界普遍認(rèn)為3nm世代的競(jìng)爭(zhēng)將全面開(kāi)啟。

　　新一工藝世代來(lái)臨

　　在致辭中，劉德音表示，晶圓18廠是臺(tái)積電5nm及3nm的超大型晶圓廠，也是臺(tái)積電3nm產(chǎn)能的主要基地。臺(tái)積電對(duì)晶圓18廠的總投資將超過(guò)605億美元。臺(tái)積電還宣布，其位于新竹科學(xué)園的全球研發(fā)中心將于2023年第二季度正式開(kāi)放，預(yù)計(jì)進(jìn)駐8000名研發(fā)人員。

　　作為臺(tái)積電當(dāng)前最先進(jìn)的制造工藝，3nm相比5nm邏輯密度增加60%，相同運(yùn)行速度下功耗降低30%～35%。臺(tái)積電3nm工藝平臺(tái)將包含多個(gè)工藝段，2022年量產(chǎn)的3nm仍將沿用FinFET架構(gòu)，明年下半年計(jì)劃量產(chǎn)升級(jí)版的N3E，后年規(guī)劃N3P版本，將采用新一代GAA架構(gòu)，進(jìn)一步提升性能、降低功耗。

　　目前，臺(tái)積電、三星、英特爾等頭部半導(dǎo)體制造商均在大力投資更先進(jìn)的3nm、2nm技術(shù)。隨著3nm實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，臺(tái)積電下階段的主要目標(biāo)是提升3nm工藝的產(chǎn)量和良品率，并于2025年量產(chǎn)2nm工藝。根據(jù)TrendForce集邦咨詢的報(bào)告，在2022年第二季度前十大晶圓代工產(chǎn)值中，臺(tái)積電第二季度營(yíng)收為181.5億美元，5/4nm營(yíng)收季增約11.1%，是第二季度營(yíng)收表現(xiàn)最佳的工藝節(jié)點(diǎn)，7/6nm工藝節(jié)點(diǎn)營(yíng)收環(huán)比增長(zhǎng)2.8%。

　　三星也在加強(qiáng)3nm工藝的開(kāi)發(fā)與良率提升。在5/4nm時(shí)代三星便因良率不佳導(dǎo)致訂單落后于臺(tái)積電，因而希望在3nm的產(chǎn)品技術(shù)革新中扭轉(zhuǎn)局面。2022年6月三星量產(chǎn)第一代3nm GAE工藝，預(yù)計(jì)三星將于2024年推出第一代3nm工藝的升級(jí)版3nm GAP(GAA-Plus)。

　　英特爾的追趕也很快，根據(jù)規(guī)劃2021年量產(chǎn)Intel 7(相當(dāng)于10nm)工藝，2022年下半年量產(chǎn)或做好量產(chǎn)Intel 4(相當(dāng)于7nm)的準(zhǔn)備。2023年，英特爾將發(fā)布代號(hào)為Meteor Lake CPU的第14代酷睿，使用Intel 4。此后，英特爾還將量產(chǎn)Intel20A(相當(dāng)于2nm)與Intel18A(相當(dāng)于1.8nm)。

　　制造成本進(jìn)一步提升

　　不過(guò)制造成本的不斷增加推升了3nm晶圓的價(jià)格，使得IC設(shè)計(jì)公司在采用3nm工藝時(shí)或有可能出現(xiàn)更多猶豫。資料顯示，代工廠的晶圓價(jià)格隨著工藝演進(jìn)一直在穩(wěn)步上漲。2008年40nm工藝的價(jià)格為2600美元/片，2011年28 nm工藝的價(jià)格約為3000美元/片，2017年引入10nm工藝并投入量產(chǎn)時(shí)，價(jià)格約為每片12英寸晶圓6000美元。據(jù)悉，臺(tái)積電在2018年推出7nm工藝時(shí)，晶圓價(jià)格躍升至近1萬(wàn)美元/片，2020年5nm晶圓價(jià)格突破1.6萬(wàn)美元/片，預(yù)計(jì)3nm的晶圓價(jià)格一片將高達(dá)2萬(wàn)美元。

　　專(zhuān)家指出，晶圓價(jià)格的不斷上漲與成本有著脫不開(kāi)的關(guān)系。從成本核算的角度來(lái)看，晶圓廠在3nm工藝研發(fā)上投入達(dá)到40億～50億美元，建一座3nm工藝、每月生產(chǎn)4萬(wàn)片的生產(chǎn)線，成本約為150億～200億美元。此次，臺(tái)積電對(duì)晶圓18廠的總投資超過(guò)605億美元。臺(tái)積電在美國(guó)投建的5nm工廠投資額為120億美元。

　　先進(jìn)制程芯片的開(kāi)發(fā)費(fèi)用同樣不遑多讓?zhuān)溲邪l(fā)費(fèi)用主要包括芯片設(shè)計(jì)、IP、EDA、設(shè)備等，根據(jù)Semi engineering計(jì)算，28nm工藝的開(kāi)發(fā)費(fèi)用約為5130萬(wàn)美元，16nm工藝需要投入1億美元，5nm費(fèi)用達(dá)到5.42億美元。

　　預(yù)計(jì)晶圓價(jià)格的不斷增高將使IC設(shè)計(jì)公司采用時(shí)或有可能出現(xiàn)更多猶豫。有消息稱(chēng)，蘋(píng)果將在明年發(fā)布的iPhone15系列中采用A17處理器，采用臺(tái)積電3nm工藝制造。但也有消息稱(chēng)，A17有可能僅配備在iPhone15 Pro及以上產(chǎn)品中。而AMD、高通、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、博通等傳統(tǒng)客戶仍將繼續(xù)與臺(tái)積電合作，但采用3nm的產(chǎn)品與時(shí)間表尚待進(jìn)一步明確。

　　作者：陳炳欣    來(lái)源：中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)