台积电向3纳米挺进:英特尔受伤AMD获益 三星奋力追赶
首先从N7+节点说起,这种制程已经很少用了,Kirin 990就是用N7+技术制造的。马上到来的是N5节点,用到了二代DUV和EUV技术。在过去几个月,N5芯片已经开始量产,预计今年N5芯片就会进入产品,卖给消费者,苹果下一代芯片可能会首先用上N5制程。
按照台积电的说法,N5的缺点密度(指芯片单位面积上有多少缺点数)比N7低四分之一,在大规模生产时,N5的良率比N7和N10要高,而且未来缺点密度还会进一步降低,之前两代产品就呈现这样的趋势,所以台积电预测N5也会遵循相同的发展轨迹。
另外,台积电还在为N5P节点做准备,它相当于N5的升级版,速度提升5%,能耗降低10%。在N5P之后,台积电将会引入N4节点。照估计,2021年四季度N4芯片将会进入风险生产阶段,2022年年末大规模量产。
3纳米成为新阵地
在这次会议上,最大的新闻应该是3纳米N3节点,它相比N5节点前进很大一步。其实之前台积电已经简单介绍过3纳米N3节点,只是这一次更详细。
三星也在研究3纳米制程,它用的是GAA (Gate-all-around)晶体管架构,台积电不一样,它坚持使用FinFET晶体管,并引入一些创新技术。与N5节点相比,在相同功耗等级下台积电N3芯片性能提升10-15%,在相同晶体管速度下能耗降低25-30%。另外,晶体管密度也会提升70%,也就是说相同尺寸的芯片性能会更强。
从能耗、性能上看,台积电N3制程将会跟上三星3GAE的节奏,但在密度方面比三星更出色。
苹果芯片完全交给台积电制造,想知道芯片行业的发展趋势,苹果就是风向标。而制造技术又在发展过程中扮演关键角色,芯片有多大、有多复杂、有多快、能耗有多高都由制造技术决定。
苹果A12处理器是用台积电7纳米技术制造的,A13(iPhone 11)芯片进一步增强,属于二代7纳米技术。今年晚些时候,估计苹果就会用上5纳米A14芯片。明年苹果可能会用上N5P制程(增强版N5技术),相同功耗下性能提升5%,相同性能下能耗减少10%。有人估值,A14芯片的性能与15英寸MacBook Pro应该差不多。
不难看出,真正的突破在于3nm,它算是一次飞跃。2018年跳到7纳米,今年跳到5纳米,2022年跳到3纳米,这三次进步都是巨大的。
2022年秋天苹果新品(iPhone 14、Apple Watch Series 8、Mac)将会用上3纳米芯片,它的能耗与性能都会比今天出色很多。到那时,Mac转型将会完成,芯片密度会是今天的3倍,能效提升50%。苹果可以用新芯片制造更棒的iPhone、iPad、Mac,但更值得期待的是穿戴产品,甚至有可能包括AR头盔。
在3纳米之后,台积电将会继续向2纳米挺进。大约2022年年末时台积电就会向2纳米转移,它已经开始建设芯片厂和研发中心。
英特尔受伤AMD获益
最近,英特尔宣布回购100亿美元股票,股价因此大涨。但在分析师眼中,英特尔的处境并不乐观。早在2018年年末时,英特尔的问题就已经浮出水面,因为10纳米芯片研发遇到麻烦,14纳米芯片又缺货(英特尔的芯片是自己生产的)。反观英特尔的对手AMD,它将新处理器交给台积电生产,在PC市场拿到不少份额。
在制程方面台积电已经跑在英特尔前面,英特尔还没有推出10纳米芯片,AMD已经开售7纳米芯片。不过请注意,从技术上讲,AMD的7纳米芯片相当于英特尔的10纳米,因为二者的节点差不多一样,但是在相同性能下AMD芯片的能耗比英特尔芯片低。
AMD持续提供廉价芯片让英特尔很头痛。根据统计,从2016年三季度至2020年三季度,英特尔在CPU市场的份额从82.5%降到62.4%,AMD份额从17.5%攀升到37.5%。
投资者希望英特尔跳过10纳米直接生产7纳米芯片,但是上个季度英特尔承认7纳米技术落后于内部目标大约12个月,也就是说要等到2022年或者2023年才能推出7纳米芯片。
反观台积电,今年它已经开始生产5纳米芯片,2021年开始测试3纳米芯片。有了台积电帮忙,与英特尔对战时AMD的优势会进一步扩大。
三星努力追赶
为了追赶台积电,三星现在开始大规模量产5纳米芯片。最近三星还透露说它正在开发4纳米芯片,而之前的传闻却说三星准备跳过4纳米直接进入3纳米。可能是由于台积电准备制造N4芯片,所以三星也会在2022年或者2021年年底量产4纳米芯片。
很快三星就会用5纳米技术生产Exynos 1000芯片,供Galaxy S新旗舰手机使用;另外,三星还与AMD合作,为AMD生产显卡芯片。据说三星还拿到高通的订单,为高通生产5纳米骁龙875G和735G芯片。
今年三季度,三星芯片制造业务的营收约为353亿美元,同比增长4%,但它在整个市场的份额却下降了,只有17.4%。之所以如此,可能是因为Galaxy S20销售不佳。台积电的份额上升到53.9%,比之前一个季度增加2.4个百分点,主要是因为来自苹果、高通、Nvidia、AMD的订单增加。
ASML也为台积电助威
最近,荷兰光刻机巨头ASML在台湾建了一个训练中心,投入1600万美元,专门为台积电培养人才。训练中心的主要任务就是培养EUV光刻机操作员,教他们操纵机器,台积电是ASML的最大客户。
ASML全球副总裁Mark Ting在开幕式上表示,将会继续向台湾投资,公司还准备再建一个研发中心,在3年内将台湾研发员工增加一倍,达到500人。Mark Ting说:“台湾目前是世界上安装EUV系统最多的地方……我们会继续向这里投资。”
世界上只有一家公司提供EUV机器,它就是ASML,而台积电是ASML最大的客户。ASML还在韩国建有EUV培训中心,为三星提供服务,不过那里没有现场演示机器,台湾有。
一台EUV机器的价格约为1.2亿美元,台积电和三星购买时有折扣。2020年,ASML预计将会提供35套EUV系统,据说当中20多套的买家都是台积电。
台湾的目标是吸引国外芯片制造设备供应商前往台湾投资,在当地制造设备,这些企业包括 Applied Materials、Lam Research和ASML。日本也有一些关键芯片制造材料生产商,比如日立、三菱化学,它们已经在台湾投资。就眼下而言,虽然中、日、韩极力追赶,但在芯片制造设备、关键材料方面仍然落后于美国。
去年ASML准备将先进EUV光刻机卖给中芯国际,不过迫于美国压力只能放弃。现在全球只有两家企业用EUV光刻机生产芯片,一家是台积电,另一家是三星。英特尔也准备引入EUV技术。
台湾经济研究所芯片分析师Arisa Liu认为,ASML在台湾设立培训中心说明它看好台积电,也与各地区的行动保持一致,全球各地都意识到半导体供应链必须重视本地化。
他说:“在芯片制造设备、关键材料方面,台湾离自给自足仍然很遥远……中美科技冲突、全球大流行引起关键经济体警惕,它们意识到只有让核心供应链本地化才能确保业务持续下去。所有贸易和科技地缘冲突都与关键国家的再平衡希望有关,比如日本、美国,它们会把核心制造带回国内,这种趋势已经开始凸显了。”
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