全球半導(dǎo)體業(yè)不斷進(jìn)步積極變革

觀察近十來(lái)年的全球半導(dǎo)體業(yè)究竟發(fā)生了什么？首先映入業(yè)內(nèi)的是定律已經(jīng)趨緩，尺寸縮小快走到盡頭，以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式稍有所改變，許多頂級(jí)的終端客戶，包括蘋果、華為、facebook等開始自已研發(fā)芯片，它表明市場(chǎng)需要差異化，另外也反映終端客戶提出更多的要求，目前市場(chǎng)無(wú)法滿足它們。

之前是英特爾一家獨(dú)大，如今它仍是很大，但是真正沖在前面的是蘋果、華為、高通、三星、Nvidia、AMD、Xilinx等。然而細(xì)想起來(lái)，如果缺乏臺(tái)積電，及ASML的EUV光刻機(jī)的支持，全球半導(dǎo)體業(yè)會(huì)是怎么樣？簡(jiǎn)直讓人不敢去想。

臺(tái)積電一馬當(dāng)先

推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)步由互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代轉(zhuǎn)向移動(dòng)時(shí)代，手機(jī)成為中心，而手機(jī)的創(chuàng)新離不開它的基帶處理器、存儲(chǔ)器、RF、CIS及功率電子等芯片的不斷更新，所以臺(tái)積電能跟蹤定律，而幫助fabless等實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。它的作用與地位非常穾出。

近期臺(tái)積電的成功決不是偶然的，歸納起來(lái)有以下諸多方面：

具有張忠謀等卓越的領(lǐng)軍人物

堅(jiān)持代工模式，以客戶優(yōu)先

持續(xù)的加大研發(fā)與投入

全方位發(fā)展，如進(jìn)入先進(jìn)封裝領(lǐng)域等

2019年它的營(yíng)收高達(dá)347億美元，晶圓產(chǎn)能每月226萬(wàn)片(8英寸計(jì))，平均價(jià)格每片高達(dá)1,530美元，其中16納米FinFET及以下制程全年占比首次突破50%，達(dá)50.7%；其中7納米從2018年第三季開始，營(yíng)收占比節(jié)節(jié)攀升，至2019年第四季營(yíng)收為36億美元占比達(dá)35%，2019年7納米的營(yíng)收高達(dá)94億美元，占比達(dá)27%。

臺(tái)積電從2012年至2019年投入的研發(fā)費(fèi)用高達(dá)192億美元，平均每年24億美元，超過聯(lián)電、中芯國(guó)際、力晶科技、華虹宏力、世界先進(jìn)五家公司的研發(fā)費(fèi)用總和。

在2018年，臺(tái)積電就以261種制程技術(shù)，為481個(gè)客戶生產(chǎn)了10436種芯片。

臺(tái)積電已于2019年試產(chǎn)5nm制程，它的南科18廠產(chǎn)能規(guī)劃接近70,000片，囊括主要客戶訂單，包括Apple、海思、AMD、Qualcomm等。從設(shè)備商訂單追加情況來(lái)判斷，它的5nm與3nm量產(chǎn)都設(shè)定在18廠，因此除了既有的5nm產(chǎn)能外，也可能提前將3nm研發(fā)計(jì)劃同步在18廠進(jìn)行 。

臺(tái)積電會(huì)在5納米量產(chǎn)后一年推出5納米加強(qiáng)版（N5+），與5納米制程相較，在同一功耗下可再提升7％運(yùn)算效能，或在同一運(yùn)算效能下可再降低15％功耗。N5+制程將在2020年第一季開始試產(chǎn)，2021年進(jìn)入量產(chǎn)。目標(biāo)它的5納米營(yíng)收占全年的10%。

臺(tái)積電從原來(lái)的晶圓制造代工角色，逐步跨界至封測(cè)代工領(lǐng)域（InFO、CoWoS及SoIC等封裝技術(shù)），試圖完整實(shí)體半導(dǎo)體的制作流程。

EUV光刻

之前對(duì)于EUV光刻的成功幾乎很難想象，如今不容置疑已經(jīng)真的成功。歸結(jié)為產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力及ASML的堅(jiān)持不懈。

盡管EUV光刻從7納米開始導(dǎo)入，可能在2納米及以下，由于價(jià)格奇高而無(wú)法再推進(jìn)下去，但是不可否認(rèn)，近期半導(dǎo)體業(yè)如果沒有EUV技術(shù)，至少產(chǎn)業(yè)可能發(fā)生暫時(shí)的減緩。所以EUV光刻技術(shù)的成功導(dǎo)入其功不可沒。

格芯首席技術(shù)官Gary Patton表示，如果在5nm的時(shí)候沒有使用EUV光刻機(jī)，那么光刻的步驟將會(huì)超過100步，會(huì)讓人瘋狂。所以EUV光刻機(jī)無(wú)疑是未來(lái)5nm和3nm芯片的最重要生產(chǎn)工具，未來(lái)圍繞EUV光刻機(jī)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)將會(huì)變得異常激烈。因?yàn)檫@是決定這些廠商未來(lái)在先進(jìn)工藝市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。

據(jù)ASML的年報(bào)得知，2016年，他們總共才出貨了四臺(tái)EUV光刻機(jī)，2017年則交付了10臺(tái)EUV系統(tǒng)。而2018年，ASML的EUV光刻機(jī)產(chǎn)量可以達(dá)到18臺(tái)，但到2019年，全年EUV光刻機(jī)訂單量達(dá)到了62億歐元，總計(jì)出貨了26臺(tái)EUV光刻機(jī)。預(yù)計(jì)2020年交付35臺(tái)，及2021年則會(huì)達(dá)到45臺(tái)到50臺(tái)的交付量，是2019年的兩倍左右。

目前的250W光源應(yīng)用在7nm甚至5nm都是沒問題的，但到了3nm，對(duì)光源的功率需求將會(huì)達(dá)到500W，到了1nm的時(shí)候，光源功率要求甚至達(dá)到了1KW，這也不會(huì)是一個(gè)容易的問題。

EUV技術(shù)已成功在臺(tái)積電，三星等生產(chǎn)線中開始實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，由于各種問題仍不少，包括它的掩膜、Pellicle，缺陷檢測(cè)及光源功率等，所以EUV技術(shù)需要進(jìn)一步完善。

由于EUV設(shè)備的價(jià)格每臺(tái)約1.5億美元，2019年它的銷售額已上升至108億美元，非常接近于排名第一應(yīng)用材料公司的110億美元。

結(jié)語(yǔ)

今年全球半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)變得更加撲朔迷離，受新冠疫情的影響，不但中國(guó)，如韓國(guó)及日本等也可能波及，所以未來(lái)半導(dǎo)體業(yè)的態(tài)勢(shì)尚難預(yù)料。

從先進(jìn)工藝制程角度，如邏輯工藝，目前到5納米，預(yù)期2022-2023年能達(dá)3納米，甚至2納米及以下；DRAM，目前制程達(dá)1z納米，約16-15納米，未來(lái)采用EUV技術(shù)可能達(dá)近10納米，而3D NAND，目前量產(chǎn)已達(dá)128層，至2025年時(shí)有可能超過300層。

半導(dǎo)體業(yè)持續(xù)不斷的進(jìn)步，依賴于市場(chǎng)需求上升及產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力。從尺寸縮小角度定律可能止步，然而在5G，AI，IoT，自動(dòng)駕駛等市場(chǎng)推動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)的自適性提高，產(chǎn)業(yè)的生存期仍很長(zhǎng)。但是未來(lái)的技術(shù)，包括SiP，堆壘技術(shù)，AI，IoT，及自動(dòng)駕駛等，挑戰(zhàn)都很大，需要時(shí)間的積累。