臺積電采購的EUV設(shè)備已超35臺占ASML過半產(chǎn)量

　　據(jù)估算，ASML今年下半年可能會再出貨 22 臺EUV設(shè)備，明年全年最多50臺。據(jù)臺媒DIGITIMES報導(dǎo)，臺積電也將擴(kuò)大采購 EUV 設(shè)備，搶下ASML明年超過1/3的供貨，這樣一來臺積電明年EUV機(jī)臺數(shù)將超 50 臺，估計可達(dá) 55 臺。相較之下，三星可能還不到一半，而英特爾更少，這將令臺積電持續(xù)維持工藝優(yōu)勢。從 EUV 光罩盒的采購量看來也支持這樣的說法。

　　一臺EUV光刻機(jī)的價格大概是1.2億美元（約合8億元人民幣），也就是在2020年底前，臺積電光是買EUV設(shè)備就要花超過440億元人民幣，大約相當(dāng)于臺積電當(dāng)前兩個月的總收入。

　　早在2011年，臺積電就從ASML引進(jìn)了第一臺研發(fā)型號的EUV光刻機(jī)。在2012年，臺積電聯(lián)合英特爾、三星參股ASML推進(jìn)EUV光刻機(jī)研發(fā)。可以說臺積電和ASML是辛辛苦苦一起合作努力了超過30年才能在今天稱霸全球。

　　這種合作模式，無論英特爾、三星還是中國大陸的晶圓代工廠商，都不可能彎道超車。

　　值得注意的是，在 EUV 成為顯學(xué)后，美光等內(nèi)存大廠也開始更積極地引入 EUV，目前最新的臺中廠無塵室是設(shè)計成能使用 EUV 設(shè)備的，今年落成后可望進(jìn)場評估。雖然美光沒有松口，但面對三星的壓力，將計劃提前也不令市場意外。

　　5納米芯片成本曝光

　　喬治敦大學(xué)沃爾什外交學(xué)院安全與新興技術(shù)中心（CSET）的兩位作者編寫的一份題為《AI Chips： What They Are and Why They Matter》的報告中，他們借助模型預(yù)估得出，臺積電5納米制造的12吋晶圓成本約為16988美元，遠(yuǎn)高于7nm約為9346美元的成本。

　　報告假想了一顆5納米芯片，該芯片大小與英偉達(dá)（Nvidia）P100 GPU相當(dāng)，這款GPU基于臺積電16納米工藝節(jié)點制造，包含153億個晶體管，裸片面積為610 平方毫米，相當(dāng)于晶體管密度25 MTr/mm 2。

　　由此計算，直徑300mm（12吋）的晶圓能夠生產(chǎn)71.4顆 610平方毫米的芯片，平攤單顆芯片成本將高達(dá)238美元（約合1600元人民幣）。

　　假設(shè)5nm GPU的芯片面積為610平方毫米，并且晶體管密度比P100 GPU高，達(dá)到907億個晶體管。下表中是用模型估算的臺積電90至5納米之間的節(jié)點晶體管密度。在90至7納米范圍內(nèi)的節(jié)點，模型使用具有相同規(guī)格的假想GPU，包括晶體管除晶體管密度，假想的5納米 GPU與假設(shè)節(jié)點關(guān)聯(lián)。

　　CSET的成本模型使用的是無晶圓廠的角度，包含建造工廠的成本、材料、人工，制造研發(fā)和利潤等。芯片制造出來后，將外包給芯片測試和封裝（ATP）公司。所以這還只是晶圓制造成本，而一顆芯片的誕生還需要包含設(shè)計成本和封裝、測試成本，這部分的成本也是非常高的。

　　有市場研究機(jī)構(gòu)給出數(shù)據(jù)，芯片的成本迅速暴增，7納米芯片設(shè)計成本為3.49億美元，5納米芯片設(shè)計成本將增至4.76億美元。也就是說，像設(shè)計一款A(yù)14或者麒麟5納米芯片，總成本可能高達(dá)近5億美元。

　　該機(jī)構(gòu)通過調(diào)查估算后，每顆芯片的設(shè)計和封裝、測試成本，分別為108美元和80美元。

　　如果這份研究報告的準(zhǔn)確性高的話，那么意味著一顆5納米芯片支付的總成本將可能達(dá)到426美元（約為2929元）　　

　　當(dāng)然，這一估算也只是最理想的狀態(tài)，考慮到5納米工藝幾個月前才開始量產(chǎn)，其使用的晶圓廠以及設(shè)備都還沒有折舊，所以可能會有比較高的損耗。同時光刻機(jī)的成本也極高，由于EUV工藝復(fù)雜多達(dá)14層，每一層都要動用ASML的Twinscan NXE光刻機(jī)，而一臺EUV光刻機(jī)的價格高達(dá)1.2億美元。

　　實際上，麒麟9000的成本可以并不需要這么多。因為晶體管密度大增，同是300mm（12吋）晶圓能切割出來的芯片增多，大概能夠切割出400顆麒麟9000芯片。若按此計算，使用N5制造610m㎡芯片的成本為42美元（287元人民幣），加上設(shè)計和封裝、測試成本，一顆芯片的最終成本可能在238美元（1570元人民幣）左右，比使用N7生產(chǎn)同樣芯片的233美元只貴了5美元。

　　在16/12納米節(jié)點上，同樣的處理器會大得多，制造成本為331美元。此外在N5時，還可以帶來15%的性能提升和30%的功耗下降。

　　但大家要做好的心理準(zhǔn)備是，今年蘋果和華為的旗艦機(jī)注定不會太便宜。

　　3納米、2納米都在路上了

　　據(jù)此前供應(yīng)鏈消息，臺積電雖然失去了華為的訂單，但AMD、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、高通與蘋果迎來了出貨旺季，已陸續(xù)加大7/5納米訂單。其中，7納米現(xiàn)已提前達(dá)到每月13萬片產(chǎn)能，年底約將再增至14萬片。而5納米目前由每月5萬片逐步提升，原定2021年上半8萬~9萬片月產(chǎn)能目標(biāo)，近日已上調(diào)至10.5萬片，產(chǎn)能仍舊供不應(yīng)求。

　　臺積電最近還公開了3納米工藝的產(chǎn)量目標(biāo)，預(yù)計于2021年進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn)，2022年下半年量產(chǎn)單月產(chǎn)能可以躍升至5.5萬片；至2023年的單月產(chǎn)能更可以升至10萬片。首批生產(chǎn)晶圓將由蘋果全包，第二、第三批客戶則有英特爾、AMD、高通、賽靈思（Xilinx）及英偉達(dá)等。

　　與5納米相比，3納米可以在相同的功率水平下提高10-15%的性能，或者在相同的晶體管速度下降低25-30%的功率。International Business Strategies （IBS）給出的數(shù)據(jù)顯示，三星稱其3納米環(huán)繞閘極（GAA）工藝的成本可能會超過5億美元。

　　此外，臺積電還稱在2納米制造節(jié)點方面取得重大研究突破，有望在2023年中期進(jìn)入2納米工藝試生產(chǎn)階段，并在一年后開始批量生產(chǎn)。

　　據(jù)悉，臺積電的2納米工藝將采用差分晶體管設(shè)計，采用GAA工藝為基礎(chǔ)的多橋溝道場效應(yīng)（MBCFET）架構(gòu)，解決FinFET因工藝微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問題。而在極紫外光微顯影技術(shù)方面的進(jìn)步讓臺積電的納米片（Nano Sheet）堆疊關(guān)鍵技術(shù)更為成熟，良品率的提升比預(yù)期的順利許多。

　　值得注意的是，這也是臺積電第一次將MBCFET設(shè)計用于其晶體管。

　　臺積電一位高管對外表示，“我們樂觀預(yù)計2023年下半年風(fēng)險試產(chǎn)收益率將達(dá)到90%，這將有助于我們未來繼續(xù)贏得蘋果、匯達(dá)等主要廠商的大訂單”。同時，他還提到，量產(chǎn)將于2024年開始。