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台积电5nm强压英特尔7nm 三星才是TSMC最后劲敌?

中国半导体论坛2020-04-21 18:05:51


在过去14/16纳米争战时代,尽管英特尔对可程式设计大厂Altera14纳米生产晶圆出货落后赛灵思(Xilinx)使用台积电16纳米出货数月之久,但英特尔还是不断强调,其14纳米同样电晶体数量的芯片大小比台积电16纳米小30%以上,并有较佳的速度和耗电表现,笔者同意此论点,估计英特尔有22%较窄的硅间闸(contacted gate pitch, TSMC’s 90 vs. Intel’s 70纳米)和19%较小的金属间距(interconnects, TSMC’s 64 vs. Intel’s 52纳米)。


到10纳米步入量产,台积电应会足足领先英特尔x86 CPU量产长达半年以上,只是台积电的芯片还是比英特尔大10-20%左右。


但到了7纳米时代,台积电应会于2018下半年开始量产苹果手机A12芯片,并足足领先英特尔7纳米量产时程超过两年。换句话说,台积电有史以来第一次有机会于2020下半年,用5纳米强压英特尔于2021年的7纳米量产。


根据笔者研究,台积电5纳米制程在硅间闸(44纳米)、金属间距(32纳米)、同样数量电晶体的芯片大小,速度与英特尔7纳米不相上下,在耗电表现、稳定良率、成本控制、产能和布线等方面,却远远地优于英特尔。


笔者认为,台积电将于2020在最新制程量产上超越英特尔。这主要是因为英特尔虽然主导个人电脑市场,此市场却逐步衰败;资料中心的中央处理器市场又是单价高的少量市场;加上智能手机市场缺乏竞争力;虚拟和增强现实市场需要的是英特尔不擅长的高速绘图芯片;自驾车市场对人工智能芯片和4G/5G通讯芯片远高于对中央处理器的需求。上述原因都导致英特尔找不到产品去填新厂,也造成新厂投资不符经济效益和股东权益。


另一方面,台积电的主要客户横跨智能手机、虚拟和增强现实、高速网通芯片、人工智能深度学习、自驾车/电动车、物联网等各个领域,这些客户都大力支持台积电继续投资先进制程,再配合台积电的24小时运转、每日三班的夜鹰研究计划,让台积电逐步超越英特尔。


为了领先英特尔进入5纳米量产,台积电得率先解决鳍式场效电晶体(FinFET)结构上过薄的问题而尝试转用纳米线(nanowire FET),光罩要光学和紫外线光刻并用,材料要选择用锗(Germanium)、还是三五族来取代硅,测试要转用多光束电子束才够快,这些技术瓶颈都将挑战台积电是否能在2020下半年顺利量产5纳米。


台积电若能成功,我们甚至不排除连英特尔都必须放缓未来十年的先进制程研发和扩产,而专注于新产品设计,强调自由现金流/提高股利,和Altera一起增加对台积电的委外晶圆生产。如此,国际投资人对台积电在全球半导体的地位、评价和资产配置将更迈前一大步,而三星电子将成为台积电独霸晶圆专工产业先进制程的最后一个绊脚石。


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