三星聯(lián)手IBM搞5nm新工藝叫板臺積電 臺積電5nm工廠已經(jīng)啟動

晶圓代工龍頭臺積電昨（19）日發(fā)出邀請函，5 納米新廠將在下周五（26日）動土，董事長張忠謀親自主持動土典禮，未來將有三期廠房生產(chǎn)5納米制程產(chǎn)品，顯示看好產(chǎn)業(yè)需求。臺積電在日前法說會中，不但第1季淡季效應不顯著，還提前預告「第2季更好」，昨日股價應聲大漲，市值沖破新臺幣6.6兆元，再寫新高。

臺積電日前舉行法說會，公布去年第4季和全年財報，雖然匯率波動，但包括全年營收、稅后純益和每股純益等三項財務指標都寫下歷史新高紀錄，成為張忠謀今年6月最好的退休禮物。

臺積電第1季營收季減幅度在一成以內(nèi)，張忠謀親自預告，第2季將會強勁成長。若以美元計價，2018年在高效能運算、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子等三大領域驅(qū)動下，全年業(yè)績至少成長10%。

張忠謀對前景看法樂觀，外資紛紛喊買，昨日收盤價大漲7元、收255.5元，刷新歷史新高價位，市值突破6.6兆元，同樣創(chuàng)新高。

除了營運趨勢和股價表現(xiàn)亮眼，臺積電昨日發(fā)出邀請函，預定26日舉行晶圓18廠動土典禮，當天活動將由張忠謀主持。

臺積電總經(jīng)理暨共同執(zhí)行長劉德音于去年供應鏈管理論壇就曾透露，5納米制程發(fā)展符合進度，位于臺南科學園區(qū)的晶圓18廠將于今年動土，將有三期廠房生產(chǎn)5納米，預計2019年上半年風險性試產(chǎn)。

5nm工廠是南科12寸超大型晶圓廠Fab 14的延伸，預計將興建第8期至第10期等共3個廠區(qū)，5nm合計月產(chǎn)能可望上看9～10萬片。

臺積電5nm新廠今年9月動土，占地超過40公頃，由于建廠及設備成本愈來愈高，5nm 3個廠區(qū)的總投資金額將創(chuàng)下新高紀錄，設備業(yè)者推估應達新臺幣2,000億元。

除5納米外，臺積電去年9月也宣布3納米相關計劃，3納米新廠同樣座落于南科，投資金額將超過200億美元。

臺積電出貨與產(chǎn)能目前都保持積極狀態(tài)，中國大陸南京廠提前于5月開始出貨，位于***的5納米廠將動土，3納米新廠建廠計劃也加速進行中，持續(xù)挑戰(zhàn)全球半導體業(yè)兩大霸主英特爾和三星。

張忠謀也表示，5nm規(guī)劃使用極紫外光(EUV) 微影技術，以降低制程復雜度。但根據(jù)IBS的估算,在5nm節(jié)點,設計一款主流芯片的成本將高達4.76億美元水平,而7nm節(jié)點的成本僅3.492億,28nm則是0.629億。

三星聯(lián)手IBM搞5nm新工藝叫板臺積電

作為臺積電最有競爭力的競爭對手，三星聯(lián)手IBM打造5nm新工藝叫板臺積電。

為了實現(xiàn)這個壯舉，就必須在現(xiàn)有的芯片內(nèi)部構架上進行改變。研究團隊將硅納米層進行水平堆疊，而非傳統(tǒng)的硅半導體行業(yè)的垂直堆疊構架，這使得5nm晶體管的工藝有了實現(xiàn)可能，而這一工藝將有可能引爆未來芯片性能的進一步高速發(fā)展。

實際上，從工藝架構本身來說，這種從垂直架構到水平層疊的轉(zhuǎn)換相當于在硅晶體管上打開了第四扇“門”，使得電信號能夠在芯片中通過不同的晶體管。而從尺寸上來說，這些晶體管的寬度不大于兩三根并排在一起的DNA分子鏈。

那到底能為我們的生活帶來怎樣的改變？根據(jù) IBM 官方的說法，比較直觀的描述是，當我們在閱讀這篇文章時，假設正在使用的移動設備只剩下 10％ 的電量，但基于 5 納米制程技術的芯片將使得移動設備在需要充電之前仍然可以使用數(shù)小時，而不是幾分鐘。未來配備此類新型芯片的移動設備續(xù)航時間將比現(xiàn)在要延長數(shù)天。

數(shù)十年來，半導體產(chǎn)業(yè)對縮小電子元件的狂熱追求是有原因的。芯片上集成的電路越多，電子產(chǎn)品的速度越快、效率越高、成本越低。而著名的摩爾定律在 1965 年首次提出之時則認為，芯片上的晶體管數(shù)量每年翻一番，該預測在 1975 年被更改為每兩年。

盡管半導體行業(yè)集成技術的發(fā)展速度越來越達不到摩爾定理的預期，但不管怎么說，晶體管的尺寸還是在變得越來越小。

圖丨摩爾定律

其實，半導體的縮小并不是什么高技術活兒。上一個主要突破就發(fā)生在 2009 年，研究者們發(fā)明了一種叫做FinFET的晶體管設計方式，而其第一次大規(guī)模制造則開始于 2012 年——這給整個行業(yè)打了一劑強心針，為 22 納米這一尺寸上的處理器創(chuàng)造了可能。FinFET是晶體管行業(yè)的革命性突破——其關鍵在于，在三維結構而非二維平面上控制電流的傳遞。

IBM半導體研究小組副組長 Mukesh Khare 表示，“原則上說，F(xiàn)inFET的結構就是一個簡單的長方形，其中的三條邊上各有一個小門”。如果把晶體管想象成一個開關，不同的電壓就會控制這道門“開啟”或“關閉”。在三個不同方向上加上門能夠最大化這個開關的電流量，并最小化電流的漏出，所以增加了整體的效率。

但在五年后，這一技術也幾乎發(fā)展到了盡頭。對此，半導體制造公司 VLSL Research 首席執(zhí)行官 Dan Hutcheson 表示，問題在于 FinFET 就像一條流淌的小溪。FinFET在目前常見的 10 納米處理器上正常工作，在 7 納米上應該也沒有問題。“但在5納米的尺度上，我們就需要一個新的結構了?！盚utcheson說。

圖丨IBM Research Alliance 在幾層硅芯片上的 5 納米晶體管

終于，在 FinFET 的垂直結構發(fā)展終結之后，IBM 宣布在與 Global Foundries 和三星的合作下開發(fā)出了水平排布的硅納米板，并以這種結構在晶體管上加了第四道門。你可以想象 FinFET 的結構調(diào)轉(zhuǎn)了過來，元件相互疊在了頂上。在尺度上來說，電信號在一個和 DNA 螺旋一樣大的開關上流動。

“這是一個巨大的進步”，Hutcheson說?！叭绻覀兡馨丫w管變得更小更密集，我就能在同等面積的芯片得到更快的處理速度?！币簿褪窃谝粋€指甲的芯片上，從 200 億個 7 納米晶體管飛躍到了 300 億個 5 納米晶體管。對此，IBM 預計，會在同樣功率上把處理效率提高 40%，或者在同樣效率上減少 70% 的功耗。

圖丨IBM 科學家 Nicolas Loubet 握著使用業(yè)界一流制程工藝生產(chǎn)的 5nm 硅晶體管芯片

雖然根據(jù)行業(yè)內(nèi)的預估，基于新架構所開發(fā)的可商用處理器不會在2019年前投入市場。但不可否認的是，5 納米處理器工藝的成熟與否將決定未來自動駕駛和5G通訊等行業(yè)的商業(yè)化程度。

“整個社會的發(fā)展全靠它了！因為未來即將出現(xiàn)的人工智能、自動駕駛等技術都對計算能力提出了更高的要求，”Hutcheson說?！皼]有新的處理器生產(chǎn)技術，人類文明將就此停滯?！?/p>

就拿自動駕駛技術來舉例，雖然我們現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)自動駕駛汽車的上路行駛，但不得不說，其所依賴的智能芯片的價格仍然高達數(shù)萬美元，這對于準備大規(guī)模商業(yè)化的產(chǎn)品來說，顯然不太現(xiàn)實。而 5 納米制程工藝的出現(xiàn)將有希望將這一成本大幅降低。

再比如，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）傳感器設備由于需要不間斷地收集實時的數(shù)據(jù)流，所以必須保持一直在線的狀態(tài)，而要做到這一點，也必須依靠高性能的處理器。

IBM半導體研究小組副組長 Mukesh Khare 對此有一個精辟的評價：“摩爾定律所衍生的超高經(jīng)濟價值是毋庸置疑的，其關鍵之處就在于效率的提升和價值的創(chuàng)造是依賴于架構的創(chuàng)新，而非傳統(tǒng)的擴大規(guī)模的方式?！?/p>