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5nm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5nm任务的”关键18厂”(Fab18)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(SamsungElectronics)两大竞争对手的决心。
全球3nm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。
根据供应链透露,5nm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5nm晶圆厂进入生产状态。
虽然公司表示5nm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”(Fab18)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5nm晶圆厂从启动到完工,过程是历尽千辛,因为5nm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(OpenInnovationPlatform)下推出5nm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。
台积电进一步表示,相较于7nm工艺,5nm创新的微缩功能在ARMCortex-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Exynos9820却没有立即采用7nm技术,而是用10nm加强版的8nmLPP制程生产,让外界对于三星7nm的进度有诸多疑惑。
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,IBMPower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5nmLPE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。