訂閱電子報∣ 友善列印字體大小 文章分享-Facebook 文章分享-Plurk 文章分享-Twitter
3奈米爭霸戰開打!台積電先進製程+封裝雙引擎,不怕三星彎道超車
數位時代簡永昌
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。
不畏疫情、貿易戰,2020年台積電的表現亮眼,但隨著3奈米南科廠上樑,對手三星也放話「超車」,這家全球晶圓代工市占龍頭,能在先進製程競賽中穩住優勢嗎?

全球晶圓製造龍頭台積電市場表現一再創紀錄,從今年初因疫情影響,股價最低跌至235.5元,直到11月17日一度觸及506元,不只翻倍成長,市值更逼近新台幣13兆元,超車零售巨頭沃爾瑪(Walmart),登上全球第11大市值企業。

同在今年,為維持世界領先,台積電持續投資創新先進技術及卓越製造,資本支出創史上新高,上看約170億美元(約新台幣5,100億元),其中約有8成用於3奈米製程及更先進製程的研發。也因為長期專注創新,其5奈米製程已搶先全球於今年第二季量產,成為蘋果A14仿生晶片、M1處理器的重要產能。

近兩年,向台積電先進製程下單的超微(AMD)、聯發科等,產品效能都有跳躍式進步,前者無疑成為加速科技巨頭成長、搶攻市占的關鍵推手。

同一時間,台積電也宣告最先進的2奈米製程研發中心,將在2021年於新竹設立。

先進製程瀕臨極限,如何走出摩爾定律框架?

然而,有鑑於IC(積體電路)製程的發展,終將面臨物理極限,摩爾定律(Moore's Law)是否失效有待探討;即使台積電創辦人張忠謀曾用「柳暗花明又一村」,形容摩爾定律可能會出現解方,但仍有不少業內人士認為,當晶片電路線寬愈來愈小,1奈米之後的技術該如何走下去?

「不管摩爾定律的路怎麼走,台積電只在意新一代技術創造的優勢,是否能達到預期。」台積電首席科學家黃漢森說明了台積電如何「跳脫」框架。

「技術發展在我看來,更像是一條道路(path)的感覺。」只要透過這條路,滿足終端產品效能表現,都是好的選擇。

舉例來說,消費者購買筆電時,比起中央處理器(CPU)電晶體數是否翻倍,他們更在意新筆電效能是否滿足需求。

換句話說,台積電早已展開準備,不再只仰賴先進製程,也投入大量資源在先進封裝技術(今年投入10%、逾500億元的資本支出),期望雙頭並進解決客戶高效能晶片的需求。距竹科20分鐘車程的竹南科學園區,一塊14.3公頃的地正在動工,即為台積電預計2021年中完工的先進封裝廠。

從技術面來看,台積電目前已有整合扇出型封裝(InFO)、CoWoS(基板上晶圓上晶片封裝)等技術,其中InFO更是台積電抓緊大客戶蘋果訂單的法寶之一。

總裁魏哲家在今年台積線上技術論壇,首度端出整合InFO、CoWoS等3D 矽堆疊IC技術平台「3D Fabric」,能串連多個邏輯IC、高寬頻記憶體(HBM)以及小晶片(chiplet),隨著運算需求不同改變組合,縮短開發時間,讓客戶的晶片達到更好的效能表現。

黃漢森強調,「每一條技術的路,對台積電來說同樣重要,我們缺一不可。」以高效能運算(HPC)的應用來說,需要高度效能表現,先進封裝技術才能滿足所需;物聯網(IoT)看重能源效率,同時依據終端裝置的功能與體積大小,將運算晶片與感測晶片以系統級封裝(SiP)技術,一起包進一顆系統單晶片(SoC)裡,相對是更好的解決方案。

掌握各種先進技術的同時,台積電創新的力道絲毫未減。從7奈米製程起,台積電就一路領先三星、英特爾約1~2個製程世代,不只技術領先,良率表現也狠甩對手;高良率意味低生產成本,因此吸引了更多半導體客戶選擇台積電代工。

先前輝達(NVIDIA)的新產品RTX 30系列改採三星8奈米製程,由於良率和性能表現不如預期,市場便傳出輝達將回歸台積電5奈米製程,可見不僅量產快,台積電的良率與效能也相對穩定。

三星嗆聲「彎道超車」,台積能否維持領先優勢?

值得注意的是,3奈米製程的電晶體架構選擇上,台積電和三星出現分歧,是否將從此影響先進製程賽局結果?

台積電將選擇沿用FinFET(鰭式場效電晶體)架構,而三星則轉向GAAFET(閘極全環場效電晶體)架構,期望藉此解決製程微縮所面臨的漏電問題。

有不少業者認為,GAAFET將是先進製程推進至3奈米的最佳解決方案,因為效能提升較高、耗能減少最多,體積也能縮得更小,連英特爾也宣布,將在5奈米製程改採GAAFET。

對於台積電的架構選擇,黃漢森表示,是基於成本競爭力、IC設計及效能表現的整體考量,「FinFET架構確實會因為接下來製程的縮小,碰到發展的瓶頸。」業界解讀是,台積電以較為保守穩健的做法,選擇在掌握度最高的FinFET架構上力求優化。

今年11月24日上樑的台積電3奈米南科廠,將於2021年試產、2022年下半量產,估計將比5奈米功耗減少近30%,性能提高逾10%。然而,三星也沒在客氣,宣布預計於2022年量產3奈米,一舉超車台積電,顯然先進製程競賽的下一階段,已揭開序幕。

在晶圓製造的製程上,電晶體架構的選擇,都可能是每一世代的領先優勢,也可能是不慎失足的坎。與此同時,國際政經局勢變化多端,也讓台積電處於重要的地緣政治位置,動見觀瞻。

被問及如何因應中美貿易戰時,台積電董事長劉德音曾言,「抵抗限制並非台積電能做的,我們能做的是找出方法、解決困境,」眼下台積電能做的就是持續精進,客戶需求在哪、服務就要到哪。

台積電
成立時間:1987年
董事長:劉德音
總裁:魏哲家
近期財報:2020年第3季營收3,564.3億元,年增21.6%
關鍵技術:領先業界強效7奈米(N7+)、5奈米製程。SoIC矽堆疊技術;InFO、CoWoS等先進封裝技術;3D IC技術平台「3DFabric」平台

責任編輯:張庭銉

訂閱電子報 友善列印 字體大小:
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。