臺積電在臺興建全球最尖端半導體2nm芯片廠(chǎng)

  ICC訊  據日經(jīng)亞洲報道，臺積電日前已開(kāi)始建設全球最尖端半導體2nm芯片的新工廠(chǎng)。2022年夏季以來(lái)，半導體市場(chǎng)大幅下滑，但臺積電并未放緩投資步伐。在臺海局勢備受關(guān)注的背景下，從最圖片可以看出尖端半導體在中國臺灣的進(jìn)一步集中。

  位于臺北市西南60公里處，可以說(shuō)是中國臺灣心臟地帶的科技園區“臺灣硅谷”。如同圍繞著(zhù)臺積電總部，云集中國臺灣內外的眾多相關(guān)企業(yè)鱗次櫛比。

  在臺積電總部后方的丘陵地帶，在相當于約12個(gè)東京巨蛋體育場(chǎng)的約55萬(wàn)平方米的廣闊面積內，一座計劃開(kāi)始制造2納米(納米為十億分之一米)芯片的新廠(chǎng)房已悄然竣工。

  相關(guān)供應商表示，2nm芯片工廠(chǎng)的投資額約為2萬(wàn)億日元(約合人民幣1045億元)。臺積電計劃在這里建立四個(gè)這樣的工廠(chǎng)。對于臺積電來(lái)說(shuō)，這也是有史以來(lái)最大的項目。建設工作的進(jìn)度相當緊湊，因為該公司還計劃在兩年后的2025年盡快開(kāi)始量產(chǎn)。

  在全球半導體行業(yè)，尤其是最近三年，廠(chǎng)商之間的差距逐漸拉大。2020年春天，疫情在全球蔓延之際，臺積電推動(dòng)當時(shí)最先進(jìn)的5nm芯片量產(chǎn)，引發(fā)業(yè)界沸騰。

  競爭對手的斗爭

  另一方面，韓國最大的競爭對手三星電子也涉足5nm芯片，但“良品率沒(méi)有提升，舉步維艱”(日本供應商高管)。美國的英特爾更是遠遠落在后面，產(chǎn)業(yè)從此進(jìn)入“臺積電頂電時(shí)代”。到2022年底，臺積電將成功量產(chǎn)3nm芯片，成為進(jìn)一步領(lǐng)先5nm芯片的最前沿產(chǎn)品。趁著(zhù)這個(gè)勢頭，超半導體2nm芯片超3nm的新廠(chǎng)建設已經(jīng)啟動(dòng)，這就是臺積電的現狀。

  與目前最先進(jìn)的3nm芯片相比，2nm芯片的加工性能提升了10～15%。功耗可降低25%至30%，并可延長(cháng)智能手機等的“待機時(shí)間”。

  2nm芯片的生產(chǎn)難度特別高，這對芯片行業(yè)也有著(zhù)特殊的意義。因為如果臺積電成功實(shí)現量產(chǎn)，臺積電占據全球尖端芯片市場(chǎng)90%以上份額的壟斷地位或將進(jìn)一步鞏固。

  在2nm芯片領(lǐng)域，除了傳統半導體的技術(shù)進(jìn)步縮小電子線(xiàn)路的線(xiàn)寬外，臺積電有望在完全不同的層面上突破重大壁壘。

  長(cháng)期以來(lái)，半導體的發(fā)展一直基于以納米為單位縮小半導體基板(晶圓)上電子電路的線(xiàn)寬。 這是因為只要線(xiàn)寬更細，就可以貼裝晶體管等更重要的元器件，通過(guò)提高加工速度可以提高半導體的性能。然而，自2020年5nm芯片開(kāi)始量產(chǎn)以來(lái)，產(chǎn)業(yè)就面臨困難。這是因為過(guò)去10年使用的被稱(chēng)為“FinFET”的半導體設計結構已經(jīng)達到了極限。如果試圖進(jìn)一步減小電子電路的線(xiàn)寬，則經(jīng)常會(huì )出現大量電流泄漏到不應流過(guò)的地方的現象。

  為了防止這種電流泄漏，各個(gè)公司展開(kāi)了激烈的競爭，開(kāi)發(fā)了一種名為“納米片(nanosheet)”的新型設計結構，稱(chēng)為環(huán)柵技術(shù)(gate-all-around，簡(jiǎn)稱(chēng)GAA)，推廣了很長(cháng)時(shí)間。臺積電為此開(kāi)發(fā)工作了大約15年。

  美國的IBM、英特爾、三星也一直在推動(dòng)發(fā)展，但對加工技術(shù)要求極其精細，量產(chǎn)難度極大。 三星在2022年部分引入了該技術(shù)，但“難以投入生產(chǎn)”(市場(chǎng)分析師)。2022年夏季成立的Rapidus Japan，為推進(jìn)尖端半導體國產(chǎn)化，也從IBM獲得了技術(shù)，力爭實(shí)現量產(chǎn)，但能否成功還是未知數。

  采用納米片的2納米芯片將成為最精密、最好的技術(shù)——2022年8月，臺積電的首席執行官(CEO)魏哲家在總部所在地新竹舉行的技術(shù)說(shuō)明會(huì )上，面對在座的供應商管理層等，對2納米芯片的實(shí)用化顯示出極大的自信。

  2023年1月，魏哲家在發(fā)布會(huì )上表示，2nm芯片的研發(fā)進(jìn)展快于預期，再次強調進(jìn)展順利。已開(kāi)工項目的進(jìn)展也體現了這種信心。

  并未放緩投資步伐

  目前半導體市場(chǎng)受全球通脹及經(jīng)濟放緩影響，2022年夏季開(kāi)始面臨需求下滑，尤其是個(gè)人電腦及智能手機所用芯片需求不振，連臺積電工廠(chǎng)開(kāi)工率 已經(jīng)下降。

  盡管如此，臺積電今年預計在設備上的投資高達360億美元，直接關(guān)系到競爭力的尖端領(lǐng)域對臺灣的投資步伐并未放緩。 在臺積電僅次于新竹的第二大基地所在的南部臺南市，將于2022年底開(kāi)始量產(chǎn)的5家3納米芯片工廠(chǎng)的生產(chǎn)也在快速推進(jìn)。

  占全球90%以上的尖端半導體產(chǎn)品的過(guò)度集中，未來(lái)在臺灣將進(jìn)一步加劇。 日本經(jīng)濟新聞社數據顯示，臺積電公布的2020年后尖端產(chǎn)品(7nm以上芯片)新廠(chǎng)數量?jì)H在臺灣地區就達到16家。

  臺積電在美國亞利桑那州只有兩家海外工廠(chǎng)。 此外，美國3nm芯片量產(chǎn)要等到2026年，比臺灣晚了4年。

  雖然指出了臺海的風(fēng)險，但實(shí)際上，目前半導體過(guò)度集中在臺灣的局面正在強化。 這種風(fēng)險在未來(lái)可能會(huì )進(jìn)一步增加。(校對/武守哲)