台积电5nm“关键18厂”已浮出水面!平均每1.5小时部署一部机台

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台积电5nm“关键18厂”已浮出水面!平均每1.5小时部署一部机台
麻省理工科技评论 2019-04-08

2019-04-08

全球晶圆代工龙头台积电在 2019 年的重大规划之一,是启动全球首座 5 nm 晶圆厂,也正式宣布进入试产阶段,但供应链传出,考量景气状况,该厂房投片速度可能放缓。
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全球晶圆代工龙头台积电在 2019 年的重大规划之一,是启动全球首座 5 nm 晶圆厂,也正式宣布进入试产阶段,但供应链传出,考量景气状况,该厂房投片速度可能放缓。

全球晶圆代工龙头台积电在 2019 年的重大规划之一,是启动全球首座 5 nm 晶圆厂,也正式宣布进入试产阶段,但供应链传出,考量景气状况,该厂房投片速度可能放缓。

值得注意的是,台积电内部肩负 5 nm 任务的”关键 18 厂”(Fab 18)人事安排悄悄确定,如此精兵良将齐聚,看得出台积电要以工艺技术的优势,再胜英特尔(Intel)、三星电子(Samsung Electronics)两大竞争对手的决心。

全球 3 nm 晶圆厂建置成本百亿美元起跳,入场门票是洛阳纸贵,随着联电、GlobalFoundries 都放弃高端工艺技术的追逐,只剩下台积电、三星、英特尔三巨头,而英特尔在产能不足等众多考量下,又退出晶圆代工领域,因此,此战场剩下台积电、三星捉对厮杀,一路从 16/14nm、10nm、7nm 缠斗到 5nm 和 3nm 大战。

5nm 晶圆厂备战,已进入试产阶段

台积电接连在 10nm、7nm 技术节点都成功打下胜仗,可以想见,这次在 5nm 工艺上的急起直追,是为了确保技术再次超前,但同时,竞争对手三星也是步步逼近。

台积电的 5nm 晶圆厂计划从 2018 年开始启动,已经有 5,000 多名工作人员加入日夜赶工,厂房建置完成,进入安装机台阶段,日前更宣布正式进入试产,符合公司原来规划的、在第二季度进行风险试产的目标,将于 2020 年进入量产。

台积电5nm“关键18厂”已浮出水面!平均每1.5小时部署一部机台

(来源:tsmc)

根据供应链透露,5 nm 制程搬入机台设备的速度,几乎是以“平均每 1.5 小时搬入一台”的进度入厂,台积电是全力推动 5 nm 晶圆厂进入生产状态。

虽然公司表示 5 nm 制程正式进入试产阶段,但供应链也透露,由于全球半导体环境成长放缓,IC 设计客户对于新技术的开案态度会更为谨慎,之后投片速度可能会缓下来,转为保守策略。

“关键 18 厂”人事安排,借重 7nm 和 16nm 量产经验

全球首座 5nm 晶圆厂进入生产的同时,负责这座 5nm 的“关键 18 厂”(Fab 18)内部的人事方案也已确定,由近两年刚升任晶圆厂营运副总的王英郎统筹这次 18 厂的人事安排,他在台积电内部有最年轻的副总之称。

其中,厂长由曾任台积电中科 15 厂的厂长刘晓强担任,而两位副厂长是由之前曾任职南科 14 厂的杨怀德,以及林俞谷出任。

此外,台积电 14B 厂在 2019 年 1 月底发生光刻胶导致的报废晶圆事件后,也因此出现人事异动,据传在事件后升任 14B 厂厂长的苏滨嘉原本是要转到 18 厂的,因缘际会改变了任职。

基于台积电现在规划,南科 14 厂和 18 厂分别专注 12nm 和 16nm 制程技术,以及 5nm 和 3nm 技术,而中科 15 厂则是负责 28nm 和 7nm 制程技术。

这座 5 nm 晶圆厂从启动到完工,过程是历尽千辛,因为 5 nm 晶圆厂基于高端工艺技术,导入极紫外光(EUV)机台,对于水、电的使用量都大幅提升,也要把关制程中产生的危险物质等问题,台积电在建厂之前所进行的环境评估更长达整整两年。

然而,2019 年 3 月底在厂房都已经完成后,突然发生外包厂商的员工在该基地的顶楼坠楼身亡事件,台积电因为要进行事故调查,厂区工程暂停了几日。

台积电表示,已经在开放创新平台 OIP(Open Innovation Platform)下推出 5 nm 设计架构的完整版本,目标是锁定 5G 和人工智能领域,并与 EDA 大厂和硅知识产权从业者通过多种芯片测试载具合作开发并完成设计架构的验证,包括技术档案、制程设计套件、工具、参考流程、以及硅知识产权。

台积电5nm“关键18厂”已浮出水面!平均每1.5小时部署一部机台

(来源:麻省理工科技评论)

台积电进一步表示,相较于 7nm 工艺,5nm 创新的微缩功能在 ARM Cortex-A72 的核心上能够提供 1.8 倍的逻辑密度,速度增快 15%,且 SRAM 和类比面积也缩减。同时,5nm 也导入 EUV 技术,具备制程简化的效益。

在 5G、人工智能等应用为主轴的带领下,台积电未来在 5nm 制程的潜在客户应用领域涵盖苹果、华为、Nvidia、AMD、赛灵思等。

三星屡屡宣称 7nm 技术领先,客户数不足是致命伤

对于台积电的积极推进至高端工艺技术,三星可是丝毫没有松懈。第一招是在第一代的 7nm 工艺技术上,立刻让 EUV 技术上线,对比台积电是等第一代 7nm 技术稳定后,才于第二代 7nm 中导入在半导体界跨时代的 EUV 技术,操作相对保守,走稳扎稳打路线。

不过,三星导入 EUV 进度虽然全球领先,但 7nm 制程真正量产的速度似乎不如先前公布的时程,尤其是客户数量的掌握不足,以及缺乏关键有利的大客户,一直是三星发展晶圆代工业务的致命伤。

对比台积电在 7nm 制程上几乎通吃所有客户,包括海思、苹果、Nvidia、AMD 等,但三星 7nm 的产能使用,仍是会以自家手机处理器芯片为主,其次是为 IBM 代工的 Power 系列处理器产品,用于伺服器上,需求量恐有限。

不过,比较麻烦的是,三星之前一直放话 7nm 领先量产,但最后自家推出的新一代旗舰型移动处理器 Exynos 9820 却没有立即采用 7nm 技术,而是用 10nm 加强版的 8nm LPP 制程生产,让外界对于三星 7nm 的进度有诸多疑惑。

台积电5nm“关键18厂”已浮出水面!平均每1.5小时部署一部机台

再者,GlobalFoundries 日前宣布放弃 7nm 以下的制程技术发展,在半导体产业掀起轩然大波,有两家客户因此受到影响,其一是合作关系紧密的 AMD,使得最后 AMD 的 7nm 大单由台积电全包下。

其次,IBM Power 系列的处理器芯片原本是 GlobalFoundries 的 14nm 生产,往下进入 7nm 技术后,最早传出 IBM 也可能采用台积电的 7nm,但最后该订单落在三星手上。

台积电的 5nm 晶圆厂启动,也让三星加紧 5nm 制程布局,宣布携手 ARM,双方协议针对 7nm 和 5nm 工艺芯片进行技术优化,其中 5nm LPE 制程将带来更小的芯片面积和更低功耗,ARM 也宣布一系列的基础 IP 包括高解析逻辑架构、存储编译器综合套件等。

再者,三星和台积电之间的高手过招,也延续至 3nm 工艺技术上。

台积电计划斥资将近 200 亿美元的 3nm 晶圆厂,已经在 2018 年底通过环评标准,预计 2020 年动土兴建,这座 3nm 厂房是南科 18 厂第四期到第六期的新厂,预计 2021 年试产,2022 年到 2023 年之间进入量产,是第一座宣布为 3nm 工艺建造的厂房。

三星亦不甘示弱地宣布,已经完成 3nm 的性能验证,未来要进一步完善制程技术,目标非常积极地订在 2020 年量产。不过,根据过去“开支票”的经验,三星兑现支票的比重不高,因此在全球第一家量产 3nm 技术的桂冠殊荣上,台积电仍是十分具有冠军相。


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