如今的半导体芯片工艺制程越来越先进了,今年三星量产了3nm工艺,台积电的3nm也蓄势待发,明年就会是3nm的高光时代,2024到2025年则是2nm工艺量产。
我们知道,先进工艺生产出来的芯片性能更强大,能效也更好,但这也不是没有代价的,最大的麻烦就是烧钱,不仅是3nm、2nm工厂建设需要200亿美元以上的资金,哪怕是AMD、NVIDIA、苹果、高通这样的芯片设计公司,开发一款芯片的成本也会越来越高。
在前不久的IEDM会议上,Marvell公司公布了一些数据,援引IBS机构分析了各个工艺下芯片开发成本,其中28nm工艺只要4280万美元,22nm工艺需要6300万美元,16nm工艺需要8960万美元。后面的先进工艺开发成本就直线上涨,7nm需要2.486亿美元,5nm需要4.487亿美元,3nm需要5.811亿美元,而2nm工艺需要的开发资金是7.248亿美元,人民币约合50亿。
也就是说,如果某家公司想要自己搞一款先进工艺芯片,比如2nm处理器,不说设计周期要几年时间,光是投入的资金就得50亿元。这还不算生产的费用,2nm代工价格现在还没有,但是3nm工艺就要2万美元以上了,涨价25%。照这样发展下去,未来2nm的及显卡就算能做出来,成本也会一路上涨,在这个方向上已经没有退路了。
日本半导体公司Rapidus最近与比利时的IMEC合作备忘录显示,该公司正推进先进半导体技术的研发和生产,Rapidus计划到2025年量产2纳米半导体,到2027年量产2纳米改良后的超精细工艺半导体。据悉,Rapidus是一家由日本八大企业联合投资成立的公司,包括丰田、索尼、Kioxia、NTT、Denso、NFC、三菱和软银。
台积电在2022年技术论坛上正式公布了3nm及2nm工艺的路线图,其中2nm工艺会使用GAA晶体管,技术进步非常大,但是晶体管密度提升有限,只有10%,远远达不到正常摩尔定律迭代的要求。
对于这个问题,在昨天的台积电财报会上,联席CEO刘德音也回应了2nm晶体管密度的问题,他指出2nm工艺不仅仅意味着芯片密度,其同时还包括新的电源线结构、新的小芯片技术,以允许我们的客户进行更多的架构创新。
目前台积电客户的核心需求在于电源效率,为了满足客户需求同时控制成本,台积电限制了2nm的整体密度。
从台积电的回应来看,2nm晶体管密度提升不大是他们刻意为之,一方面是使用的新技术更偏向节能,另一方面则是客户的需要,要降低成本。
考虑到3nm工艺都有5个衍生版本,台积电的2nm工艺未来肯定也会有多个版本,晶体管密度提升的版本应该也会有的。
据台湾联合报报道,台积电今天在它举办的北美技术论坛上公布了2nm制程工艺。按照台积电的说法,和3nm相比,相同功耗下,2nm速度要快10~15%;相同速度下,功耗则要低25~30%。
坦率说,目前3nm尚未正式商用,普通消费者能体验到最先进制程还是4nm。2nm距离我们还是相当遥远的,台积电表示,2nm工艺将于2025年量产。按照之前的经验推断,用上2nm的手机可能都到iPhone 17了。
说实话,现在工艺制程的推进速度不是特别理想。据最新曝光消息,苹果秋季要上线的A16芯片用的是4nm增强版工艺,而不是之前大家期盼的3nm。
安卓阵营来说的话,工艺制程的进步,并没有真正解决顶级旗舰芯片的发热问题,甚至导致实际峰值性能持续时间非常短,综合体验不如几年前的老款旗舰芯片。
但即便如此,大环境下,相比于工艺进步不明显这种“小问题”,可能缺芯才是最大问题。除了手机,汽车等行业对芯片的需求量同样非常高,只是这些芯片对工艺制程要求不高,厂商更注重的还是可靠性、产量、价格等。
台积电作为芯片代工行业里头部的头部,技术先进性自然是毋庸置疑的。只是,作为探路者,在先进制程突破上暂时遇到挫折也是很正常的。同时,台积电每年的净利润数字都很惊人,但在先进制程上的投资规模也相当庞大。对台积电来说,已经实现了高投资高回报的良性循环。
今天凌晨举行的台积电北美技术论坛上,台积电(TSMC)正式公布未来先进制程路线图。
其中,台积电3nm(N3)工艺将于2022年内量产,而台积电首度推出采用纳米片晶体管(GAAFET)架构的2nm(N2)制程工艺,将于2025年量产。
台积电总裁魏哲家在线上论坛表示,身处快速变动、高速成长的数字世界,对于运算能力与能源效率的需求较以往更快速增加,为半导体产业开启前所未有的机会与挑战。值此令人兴奋的转型与成长之际,台积电在技术论坛揭示的创新成果彰显了台积电的技术领先地位,以及支持客户的承诺。
与此同时,台积电研发资深副总裁米玉杰(YJ Mii)在这场会议上宣布,台积电会在2024年拥有光刻机巨头ASML最先进、最新的高数值孔径极紫外光(high-NA EUV)曝光机微影设备,即第二代EUV光刻机。“主要用于合作伙伴的研究目的......针对客户需求,开发相关基础架构与格式的解决方案,推动创新。”