臺(tái)積電：5nm明年試產(chǎn)，3nm已經(jīng)準(zhǔn)備就緒

今（6）日臺(tái)積電于新竹國(guó)賓飯店舉辦一年一度的「供應(yīng)鏈管理論壇」，臺(tái)積電總裁魏哲家表示，在供應(yīng)商的配合下，「讓7納米能在2018年迅速且量產(chǎn)成功?！刮赫芗冶硎?，2019年第二季5納米制程將進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，預(yù)計(jì)2020年量產(chǎn)。而3納米的技術(shù)也都已經(jīng)到位，「一切就等環(huán)評(píng)通過(guò)?！刮赫芗冶硎?，臺(tái)中廠未來(lái)將會(huì)繼續(xù)建置7納米廠房；而年初在南科動(dòng)土的5納米晶圓18廠，目前已經(jīng)在裝機(jī)中。另外由于特殊制程需求強(qiáng)勁，15 年來(lái)首度在臺(tái)南擴(kuò)建8寸晶圓廠。

雖然手機(jī)需求疲軟，讓整個(gè)供應(yīng)鏈出貨并不樂(lè)觀，但看好未來(lái)5G和AI的需球，臺(tái)積電仍積極開(kāi)發(fā)領(lǐng)先全球的納米制程，預(yù)計(jì)每年將維持5%~10%的營(yíng)收成長(zhǎng)。

臺(tái)積電總裁魏哲家宣布，明年第二季5納米將風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2020年進(jìn)入量產(chǎn)。云端運(yùn)算需求爆量，上看880億美元5G應(yīng)用帶來(lái)爆量的數(shù)據(jù)傳遞，直接使云端伺服器需求看增。采用臺(tái)積電7納米制程的云端運(yùn)算IC設(shè)計(jì)商，美商Ampere Computing總裁Renee在論壇上表示，至2023年伺服器CPU的復(fù)合年均成長(zhǎng)率為4.25%，而智慧城市的應(yīng)用產(chǎn)值今年為370億美元，在嵌入式「伺服器」驅(qū)動(dòng)下，2025年將增加至880億美元。

Renee認(rèn)為，未來(lái)的大趨勢(shì)無(wú)外乎AI機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺(jué)運(yùn)算、邊緣運(yùn)算。這樣的需求，也再再考驗(yàn)IC設(shè)計(jì)商與代工廠的技術(shù)。

一般來(lái)說(shuō)傳輸數(shù)據(jù)的需求越多，CPU就得塞更多電晶體，在CPU體積不變，甚至要更小的浪潮下，電晶體勢(shì)必底更小，以納米計(jì)算，而且彼此排列得更密。能提供如此制程的代工廠，便能獲得世界各IC設(shè)計(jì)廠的青睞。

目前臺(tái)積電是唯一邁向5納米制程的公司，7納米制程則是三星，英特爾仍在10納米制程徘徊。

　臺(tái)積電250億美元豪賭5nm工藝

摩爾定律問(wèn)世50年多來(lái)一直指導(dǎo)著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，但在10nm節(jié)點(diǎn)之后普遍認(rèn)為摩爾定律將會(huì)失效，制程工藝升級(jí)越來(lái)越難。今年臺(tái)積電、三星及Globalfoundries將把制程工藝推進(jìn)到7nm。下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是5nm，臺(tái)積電在今年六月的半導(dǎo)體技術(shù)論壇上宣布將投資250億美元研發(fā)、生產(chǎn)5nm工藝，預(yù)計(jì)2020年問(wèn)世。

據(jù)之前的資料，與初代7nm工藝相比，臺(tái)積電的5nm工藝大概能再降低20%的能耗，晶體管密度再高1.8倍，至于性能，預(yù)計(jì)能提升15%，不過(guò)使用新設(shè)備的話可能會(huì)提升25%。從這里預(yù)估的數(shù)據(jù)來(lái)看，制程工藝到了5nm之后，性能或者能效提升都會(huì)放慢，而制造難度也越來(lái)越高，投資高達(dá)數(shù)百億美元，這也導(dǎo)致了未來(lái)的5nm芯片成本非常貴。

目前開(kāi)發(fā)10nm芯片的成本超過(guò)了1.7億美元，7nm芯片則要3億美元左右，5nm芯片研發(fā)預(yù)計(jì)成本超過(guò)5億美元，而開(kāi)發(fā)28nm工藝芯片只要數(shù)千萬(wàn)美元，這一趨勢(shì)將導(dǎo)致未來(lái)的5nm芯片客戶越來(lái)越少，未來(lái)只有蘋(píng)果等少數(shù)資本雄厚的公司才會(huì)堅(jiān)持升級(jí)制程工藝了。

5nm工藝之后還會(huì)有3nm工藝，此前只有三星公布了3nm工藝的路線圖，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上三星將改用GAA晶體管，F(xiàn)inFET晶體管在5nm之后將逐漸被放棄，廠商們需要開(kāi)發(fā)新的晶體管架構(gòu)，GAA就是其中之一。

　3nm制程工藝最快2022年底投產(chǎn)

八月底，臺(tái)積電公布了3nm制程工藝計(jì)劃，目前臺(tái)南園區(qū)的3nm晶圓工廠已經(jīng)通過(guò)了環(huán)評(píng)初審，臺(tái)積電計(jì)劃投資6000億新臺(tái)幣（約為194億美元），2020年開(kāi)始建廠，2021年完成設(shè)備安裝，預(yù)計(jì)最快2022年底到2023年初投產(chǎn)，3nm廠完成后預(yù)計(jì)雇用員工達(dá)四千人。

按照臺(tái)積電的報(bào)道，他們已經(jīng)投入了數(shù)百名工程師資源進(jìn)行早期研發(fā)，而晶圓工廠也將落戶南科臺(tái)南園區(qū)，占地28公頃，位置緊鄰臺(tái)積電的5nm工廠。目前臺(tái)灣環(huán)保部門已經(jīng)通過(guò)了“臺(tái)南科學(xué)園區(qū)二期基地開(kāi)發(fā)暨原一期基地變更計(jì)畫(huà)環(huán)差案”的初審，預(yù)計(jì)在2020年交地給臺(tái)積電建設(shè)工廠。

南科管理局長(zhǎng)林威呈表示，由于園區(qū)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，為了確保世界先進(jìn)制程的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，提出了“臺(tái)南科學(xué)園區(qū)二期基地開(kāi)發(fā)暨原一期基地變更計(jì)劃環(huán)差案”，一方面檢討園區(qū)土地使用分區(qū)計(jì)劃，另一方面也是為了引進(jìn)先進(jìn)制程的需求，提出園區(qū)用水量、用電量、污水放流量、土方等的變更。

南科管理局提出報(bào)告，為了滿足臺(tái)積電3nm建廠需要，南科臺(tái)南基地，每日用水量將由25萬(wàn)噸增至32.5萬(wàn)噸，用電量則由222萬(wàn)瓦增至299.5萬(wàn)瓦；推估此次變更后，溫室氣體排放量一年增加427萬(wàn)噸。臺(tái)積電一開(kāi)始就承諾，在市場(chǎng)供給機(jī)制的完善下，3nm廠新增用電量將隨著量產(chǎn)時(shí)程，逐年取得20%用電度數(shù)的再生能源，預(yù)估每年最高可減少約85.41萬(wàn)噸的二氧化碳當(dāng)量。

3nm技術(shù)可以說(shuō)已經(jīng)接近半導(dǎo)體工藝的物理極限，而其目前也處于實(shí)驗(yàn)室階段，臺(tái)積電資深處長(zhǎng)莊子壽坦言：“3nm制程技術(shù)難度高，是很大挑戰(zhàn)。”

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。