越來越有看頭的美國半導體製造…

作者 : Don Scansen,EE Times專欄作者

台積電與英特爾競相投資美國本地製造據點,為美國經濟帶來了不少樂觀氣氛;預期隨著兩家公司的生產線開始動工、量產,彼此間的競爭會更有看頭。

IBM不久前宣佈產出2奈米測試晶片,獲得了全球各大媒體的廣泛報導。IBM比較了自家2奈米與7奈米晶片,聲稱在功耗方面降低了75%,性能則提升了45%;該公司還以生物實體進行比較,解釋2奈米的電晶體尺寸約僅2個DNA前導鏈(strand)大小。 上述的DNA比較是筆者從CNN看到的,報導內容提及:「大多數驅動今日裝置的電腦晶片是採用10奈米或7奈米製程技術,有一些製造商生產5奈米晶片。」而儘管5奈米製程技術的生產掌握在少數業者手中,但因為蘋果(Apple)在iPhone 12採用的A14應用處理器晶片就是以5奈米生產,市場上採用該節點的產品已經大量生產。  

IBM的2奈米環繞式閘極(gate-all-around,GAA)電晶體。

(圖片來源:IBM)

  更進一步說,5奈米半導體現在只有兩家晶圓代工業者量產,包括為Apple生產A14晶片以及非手機產品使用之M1處理器的台積電(TSMC),以及為高通(Qualcomm)生產Snapdragon 888旗艦處理器的三星(Samsung)。 IBM的行銷團隊試圖將最新的測試晶片成果與現有的量產尖端製程進行比較,是可以理解的作法,但是把2奈米製程技術與已量產的成熟先進製程拿來比較,感覺有點偏離主題──特別在全球市場出現晶片缺貨現象的此時,應該把更多注意力放在可量產晶片的生產力上。 根據業界消息,台積電可能會在美國亞利桑那州另興建5座晶圓廠;賦稅優惠可能對台灣業者有利;但除了賦稅優惠,產業分析師Jim McGregor最近表示,亞利桑那州的土地取得、基礎設施(包括水、電供應)、人才、無天災等等優勢,對任何一家半導體製造商來說都是誘因。 台積電宣佈在接下來3年投資1,000億美元擴充產能,其中有很大一部份可能就是在亞利桑那州「落地」(EETT編按:對此台積電的官方回應是,目前該公司亞利桑那州5奈米晶圓廠按原定計畫進行──今年動工,2025年量產,預計月產能2萬片──未來不排除擴產,但首要目標是讓第一期廠房順利營運並評估客戶需求) 。 筆者先前就認為,台積電宣佈在亞利桑那州興建晶圓廠,是對於半導體製造部署之思考以及位置選擇的重要轉變;但當初也有人質疑,台積電選擇的5奈米節點可能會在晶圓廠開始量產的時候就已經「過時」。 [caption id="attachment_39640" align="alignleft" width="293"]台積電5奈米FinFET先進製程。(圖片來源:semiconDr) 台積電5奈米FinFET先進製程。(圖片來源:semiconDr)[/caption] 若該晶圓廠依據原先規劃在2025年左右量產,5奈米應該仍然是晶圓供應主力與主流製程。而製程技術的「過時」可以藉由Chiplet等方法來緩解,以符合特定功能設計與經濟效益需求。最先進的產品也會需要更大量的尖端製程晶片。 假設台積電確實要在亞利桑那州擴大生產,考量到該公司的營運規模以及美國政府積極投資半導體製造在地生產的情勢,這看來是一個安全的賭注。台積電亞利桑那州晶圓廠由一座便總共六座,我們也可以預期在最後一座廠房開始生產時,當地的製程技術會涵蓋最先進的節點。而全球半導體產業格局或許在未來十年將會相當不同。 台積電在美國的擴產,也會包括先進封裝技術的導入。筆者不久前與Deca Technologies技術長Craig Bishop聊過,美國缺乏能提供高產量先進封裝服務的據點;Deca自己開發先進封裝技術,但生產據點都在亞洲。預期未來晶片供應問題與目前半導體生產的地理集中性狀況,美國看來終於要重新思考目前本土的「輕晶圓廠」策略,佈局完整的半導體生產鏈。 目前在美國本地進行先進半導體製程生產的英特爾(Intel),不久前大膽宣佈將積極進軍製造代工領域,為無晶圓廠IC設計業者提供一站式的服務。英特爾也宣佈將投資35億美元,擴充美國新墨西哥州Rio Rancho的封裝據點。 台積電與英特爾競相投資美國本地製造據點,為美國經濟帶來了不少樂觀氣氛;預期隨著兩家公司的生產線開始動工、量產,彼此間的競爭會更有看頭。 而儘管上述廠商在美國擴展的消息非常正面,其陰暗面仍然存在,畢竟日益提升的、對於半導體戰略重要性之認可,是基於目前全球半導體產能有超過一半是來自於一個高風險的地理位置──隨著中國的野心越來越明顯,台灣以及其晶片產出令人擔憂。 編譯:Judith Cheng (參考原文:New Fab Plans: the Plot Thickens,by Don Scansen)          

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