5G芯片大戰(zhàn)，臺(tái)積電緣何成為四方角力背后的重要推手?

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近日，5G智能手機(jī)和5G芯片掀開(kāi)大戰(zhàn)。2月25日上午，小米CEO雷軍在微博上宣布，小米10 Pro發(fā)布并開(kāi)放購(gòu)買(mǎi)后的12天，現(xiàn)貨加上全款預(yù)訂已接近10萬(wàn)臺(tái)，非常驚人。

2月24日，華為5G智能折疊屏手機(jī)MateXs在西班牙巴塞羅那發(fā)布，2月26日中午10點(diǎn)開(kāi)啟線(xiàn)上預(yù)售。華為商城上現(xiàn)實(shí)369233人預(yù)約。在疫情還沒(méi)有散去的當(dāng)下，5G手機(jī)掀起了節(jié)后復(fù)工的第一個(gè)線(xiàn)上銷(xiāo)售高點(diǎn)。

不管是使用驍龍865芯片的小米，還是使用麒麟990 5G芯片的華為，5G快速上量背后都是臺(tái)積電代工5G芯片的身影。

2月26日下午2點(diǎn)，紫光展銳發(fā)布的5G Soc虎賁T7520也是采用臺(tái)積電最新在第一季度量產(chǎn)的6nm工藝。我們來(lái)梳理一下，臺(tái)積電是如何卡準(zhǔn)5G芯片上市前布局的時(shí)機(jī)。

5G芯片對(duì)三大特性的要求，7nm制程工藝爆單

臺(tái)積電中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理陳平博士對(duì)媒體表示，5G配置于AI等大數(shù)據(jù)技術(shù)，將在今后的數(shù)年內(nèi)帶來(lái)很多新的應(yīng)用，產(chǎn)生新的生活模式、生產(chǎn)模式和商業(yè)模式。5G需要的是高性能的芯片。5G芯片產(chǎn)品和先進(jìn)工藝是密不可分的。

圖：臺(tái)積電中國(guó)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理 陳平

5G的三大指標(biāo)來(lái)看，超寬帶、低時(shí)延、海量連接，這些如果我們把它轉(zhuǎn)化成工藝的語(yǔ)言，就是高速、低功耗、高集成，能夠同時(shí)滿(mǎn)足這三大指標(biāo)的工藝，就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的先進(jìn)供應(yīng)，5G的產(chǎn)品和先進(jìn)工藝是密不可分的。

在過(guò)去的十幾年里頭，摩爾定律在微縮的方面遇到了一些技術(shù)上的困難和瓶頸，在最近十年，在全球科學(xué)家、工程師的努力下，取得了重大突破，主要集中三個(gè)方面：1、新材料（HK MG材料）；2、新的晶體管架構(gòu)（Fin-FET），也就是鰭形場(chǎng)效應(yīng)管；3、新光刻技術(shù)上，EUV的出現(xiàn)打開(kāi)了光刻技術(shù)上瓶頸。

以7nm為例，臺(tái)積電2017年上半年推出，在2018年4月宣布7nm工藝生產(chǎn)線(xiàn)投入量產(chǎn)，在同年10月完成了7nmEUV流片。陳平表示，7nm技術(shù)是采用了新材料和新的晶體管架構(gòu)， 相對(duì)于之前的16nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，7nm在速度上提升了40%，功耗降低了65%以上，在單位集成晶體管個(gè)數(shù)上，提高了3.3倍。7nm的誕生對(duì)于5G技術(shù)正是應(yīng)運(yùn)而生，因?yàn)?G技術(shù)需要的高密度、低功耗和高集成。臺(tái)積電7nm制程良率、產(chǎn)能配置在業(yè)界領(lǐng)先。

據(jù)臺(tái)積電財(cái)報(bào)顯示，2019年第四季度實(shí)現(xiàn)合并營(yíng)收約新臺(tái)幣3172.4億元，同比增長(zhǎng)9.5%、環(huán)比增長(zhǎng)8.3%；7nm制程出貨占臺(tái)積電2019年第四季晶圓銷(xiāo)售金額的35%；10nm制程出貨占全季晶圓銷(xiāo)售金額的1%；16nm制程出貨占全季晶圓銷(xiāo)售金額的20%。總體而言，先進(jìn)制程（包含16nm及更先進(jìn)制程）的營(yíng)收達(dá)到全季晶圓銷(xiāo)售金額的56%，較上一季度的51%有所成長(zhǎng)。

2019年，臺(tái)積電在7nm基礎(chǔ)上結(jié)合了EUV的技術(shù)，創(chuàng)造了一個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)，叫6nm，是7nm工藝的延伸和擴(kuò)展。6nm工藝也有EUV極紫外光刻技術(shù)，相比7nm+(N7+)增加了一個(gè)極紫外光刻層，同時(shí)相比7nm(N7)可將晶體管密度提升18％，而且設(shè)計(jì)規(guī)則完全兼容7nm(N7)，便于升級(jí)遷移，降低成本。

先進(jìn)制程工藝三大關(guān)鍵因素

陳平博士表示，6nm制程，在邏輯密度比較7nm有20%以上的改善，在生態(tài)環(huán)境上， 6nm和7nm是兼容的，所以很多在7nm上已經(jīng)設(shè)計(jì)的IP也可以復(fù)用，上市時(shí)間更快。據(jù)***方面的消息，6nm工藝制程技術(shù)將在2020年第一季度投產(chǎn)，若這樣推測(cè)，紫光展銳虎賁T7520產(chǎn)品，最快的量產(chǎn)時(shí)間是2020年第四季度。

2020年，6nm工藝成為熱門(mén)選項(xiàng)，為全球很多客戶(hù)選用。陳平指出，2020年，臺(tái)積電5nm工藝將會(huì)推出，在第二季度進(jìn)入量產(chǎn)。據(jù)業(yè)者消息，下半年臺(tái)積電5nm接單已滿(mǎn)，除了蘋(píng)果新一代A14應(yīng)用處理器，還包括華為海思新款5G規(guī)格麒麟手機(jī)芯片，以及高通5G數(shù)據(jù)機(jī)芯片X60及新一代Snapdragon 875手機(jī)芯片。

關(guān)于先進(jìn)工藝方向，陳平指出有三個(gè)關(guān)鍵因素：第一、傳統(tǒng)的工藝萎縮，臺(tái)積電今年要推出5nm，在今后要推出3nm、2nm，我們會(huì)沿著摩爾定律的方向繼續(xù)前行。第二、3D異構(gòu)集成，用不同的工藝技術(shù)做成的芯片，通過(guò)先進(jìn)的封裝技術(shù)整合在一起。第三、軟硬件的共同優(yōu)化，包括設(shè)計(jì)與工藝的共同優(yōu)化，三軸一起發(fā)展，未來(lái)芯片工藝發(fā)展大有前景。

臺(tái)積電先前曾公開(kāi)強(qiáng)調(diào)，旗下5nm效能已超越三星的3nm；與7nm相較，晶體管密度多1.8倍，速度增快15％，功耗省30％，同時(shí)也是全球第一家提供5nm晶圓代工服務(wù)的晶圓廠(chǎng)。