台積電5納米EUV晶片已開始生產,全球僅兩家能做到

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【新智元導讀】台積電和三星在4月份宣布他們已經再次登上摩爾定律階梯。台積電首先稱其5納米製造工藝現在處於所謂的「風險生產」,三星也迅速跟進了類似的聲明。分析師稱這些數據符合預期。然而,與十年前有50%的效率改進相比,摩爾定律顯然不比過去。但從大型代工廠的投資來看,客戶仍然認為這是值得的。

世界上最大的兩個代工廠台積電(TSMC)和三星(Samsung)4月份宣布,他們在摩爾定律的階梯上又上了一級。台積電首先發言,稱其5納米製造工藝目前正處於所謂的「風險生產」階段,該公司認為已經完成了這一過程,但最初的客戶正在嘗試這種工藝能否用在自家產品上。三星隨後迅速發布了類似的聲明。

台積電說,它的5納米工藝提供了15%的速度增益或30%的能效提高。三星承諾將提高10%的性能或20%的能效。分析人士說,這些數字符合預期。然而,與十年前的50%的改進相比,很明顯摩爾定律並不像過去那樣。但從大型代工廠的投資來看,客戶仍然認為這是值得的。

為什麼5納米很特別?

5納米節點是首個從開始就使用極紫外光刻(EUV)技術做出來的。在波長只有13.5納米的情況下,EUV燈可以在矽上產生非常精細的圖案。其中一些圖案可以用上一代的平版印刷工具製作,但這些工具必須連續放置三四個不同的圖案,來達到EUV中僅需一步的效果。

性能和能效提升

沒有EUV,代工廠開始了7納米的生產,但後來使用它來代替平版印刷的步驟並提高產量。在5納米,代工廠被認為是使用10到12個EUV步驟,如果使用舊技術,將需要30步甚至更多,如果它能夠使用舊的技術的話。

由於包含圖案的光罩非常昂貴,而且每台光刻機本身的投資額高達1億美元,因此「每層的EUV成本更高。」VLSI Research的G.DanHutcheson表示。但就每晶圓而言,這是一個凈收入缺口,而EUV將構成未來所有流程的核心。

誰會使用這一新工藝?

新的製造工藝並不適合每個人。至少還沒有。但兩家公司都確定了一些可能的早期採用者,包括生產智慧型手機應用處理器和5G基礎設施的供應商。IHS Markit的半導體製造業分析師LenJelinek說:「你必須擁有大量的產品,同時需要速度或能效提升。」

TIRIAS Research的 Kevin Krewell解釋說,你在和誰競爭也很重要。圖形處理單元、現場可編程門陣列和高性能微處理器曾經是第一個利用摩爾定律的。但隨著這些市場競爭的減少,移動處理器需要新技術來區分自己,他說。

只剩台積電和三星可以嗎?

只有台積電和三星提供5納米代工服務。據分析人士稱,全球代工廠在14納米時放棄生產,而英特爾公司(Intel)推出相當於競爭對手7納米技術的產品已經晚了幾年,因此被認為正在退出其代工服務。

三星和台積電之所以繼續存在,是因為它們能夠負擔得起投資,並期望獲得合理回報。按收入計算,三星是2018年最大的晶片製造商,但其代工業務排名第四,台積電領跑。台積電2018年的資本支出為100億美元。三星預計在2030年之前,每年都將達到這一水平。

只有兩家公司具備最先進的製造工藝,行業能運作嗎?「問題不是行業能運作嗎?「Hutcheson說。「它必須運作。」

Jelinek表示:「只要我們有至少兩個可行的解決方案,那麼整個行業就會很舒適。」

下一步是什麼?

傳統上,晶片製造商的布局是:在7納米以下為5納米,在5納米以下為3納米。但分析人士表示,預計代工廠將提供各種技術,並進行增量改進來填補缺口。事實上,三星和台積電都在提供他們所說的6納米工藝。代工廠將需要這些中間產品來滿足客戶接近摩爾定律邊緣的需求。畢竟,5到0之間的數字並不多了。

參考來源:

https://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/another-step-toward-the-end-of-moores-law


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