第一代7nm让台积电正式领跑

 

　　今年上半年，纯代工领域的订单量上，台积电占了全球56%。随着AMD、苹果A13的青睐，台积电有望将优势扩大到60%。而对手三星、GF、联电、中芯国际都不到10%。台积电2018年的收入也大幅攀升，远超去年的1万亿新台币。

 

　　台积电最早是从2微米、3微米开始做，如今在10nm之后，最新7nm工艺也已量产出货，苹果新推出的A12仿生处理器就是由台积电独家代工制造。与之前的10nm FinFET制程相比，7nm FinFET实现1.6倍的逻辑密度，20%的速度提升，以及40%的功耗减少。在7nm技术路线的选择上，台积电务实地在第一代放弃EUV（极紫外光刻），同时上马整合扇出封装技术提升可靠度，最终使得自己的进度事实超越三星，从而赢下包括华为、AMD、苹果等一众关键客户。

　　EUV加持，第二代7nm又甩开老对手三星一个山头

 

　　半导体先进制程进到10纳米之下，微缩技术更加复杂，牵扯设计已经不止电路线设计，还有光刻、晶体管架构与材料等等，也让EUV极紫外光光刻成为关键技术。过去半导体生产使用波长193纳米的深紫外（DUV）曝光，但制程发展到130纳米时便有行业人士提出，需用极紫外（EUV）光刻。

 

　　EUV成为7纳米的关键技术，也是台积电、三星两大厂商技术竞逐的节点。材料供应商分析指出，导入EUV制程可以减少30个掩膜，至少能省下一个月的制程时间，进一步探讨EUV的技术脉络，为了要制造出EUV的波长电浆，必须将锡融化之后，用每秒约5万颗频率滴在真空腔体中，然后用激光以每秒10万次发射频率将液态锡蒸发成电浆，以产生EUV所需要的波长，因此激光所需要的功率以及轰击锡珠精准度，就成为EUV制程技术的“bottleneck”。

　　在第二代7nm工艺(CLNFF+/N7+)，台积电将首次应用EUV，不过仅限四个非关键层，以降低风险、加速投产，也借此熟练掌握ASML的新式光刻机Twinscan NXE。相较于第一代7nm DUV，第二代7nm EUV具体改进程度公布得并不多，台积电只说能将晶体管密度提升20％，同等频率下功耗可降低6-12％。

 

　　面对咄咄逼人的台积电，三星也在全力以赴，正在开发自己的InFO封装技术，并宣称将在下半年量产7nm EUV。不过，在良品率和质量上，三星7nm EUV工艺仍存在风险。如今，台积电在7nm EUV工艺上成功完成流片，证明了新工艺新技术的可靠和成熟，为后续量产打下了坚实基础，同时也进一步拉开了与竞争对手三星之间的差距。

 

 

　　根据《EETimes》报导指出，就在台积电积极发展的第2代采用EUV技术的7纳米制程开始进行投片同时，更新一代全程采用EUV技术的5纳米制程也将于2019年的第2季进行风险试产。而且，台积电也已经与包括Cadence在内的4家合作伙伴达成协议，共同支持后段芯片设计的线上服务工作，以借由云端的服务的机制，缩短芯片设计时间，并且进一步扩大芯片设计工具的范围。

　　报导指出，相较于第二代使用EUV技术的7纳米制程可以处理4片掩膜来说，台积电的5纳米制程将可一次处理14片掩膜，降低生产掩膜的成本。另外，台积电还以Arm A72核心进行生产测试，5纳米制程所生产的芯片，将达到14.7%~17.7%的速度提升，以及减少1.8%~1.86%的芯片面积。号称可比初代7nm工艺晶体管密度提升80％，从而将芯片面积缩小45％，还可以同功耗频率提升15％，同频功耗降低20％。

 

　　台积电指出，虽然制程技术节点的提升，能为芯片中增加更多的晶体管，但是却也带来生产成本的大幅提升。其中，5纳米制程中包括人工与知识产权的授权费用，其加起来的总合成本将高达2到2.5亿美元，比7纳米制程的1.5亿美元大幅成长，而这也会是未来发展半导体制程，门槛越来越高的原因。

 

　　在联电与格芯相继搁置7纳米及其以下先进制程的研发之后，目前在先进制程研发的路上仅剩下台积电、三星、英特尔等少数公司。只是，英特尔在10纳米制程节点上遭遇瓶颈，预计要到2019年底才会推出的情况下，在先进制程的这条路上，也只有三星能看见台积电的尾灯了。

 

　　至此，台积电在晶圆代工行业的老大哥地位坐实，而唯一有竞争力的三星想要超车也难乎其难。