台積電總裁魏哲家在上周法說指出,面對三星電子喊出2025年2奈米製程開始量產,2奈米製程將採用閘極全環電晶體技術(GAA),來到2025年,台積電2奈米的電晶體數量與效能,將成為業界在競爭能力上最領先的技術,三星嗆聲遭到挑戰。雖然市場對於台積電持續在3奈米製程延用鰭式場效電晶體(FinFET),有助於成熟技術穩定良率與成本,三星搶先採用GAA技數可能有翻車風險,但在IBM也握有2奈米製程技術下,台積電也必須謹慎面對。

三星在本月稍早的2021年三星晶圓代工論壇表示,2022年上半年將推出3奈米製程,台積電3奈米製程則是同年下半年才會推出,預計2奈米製程才會導入GAA技術,市場預期2024年推出。三星表示,預計2022 年推出第一代 3 奈米 3GAE 技術,2023 年推出新一代3 奈米 3GAP技術,2025 年 2 奈米 2GAP 製程投產,目前3奈米良率也正朝著4奈米製程逼近。

三星今年7月表示,3奈米製程正式流片,該節點與三星7奈米LPP製程相比,3GAAE製程可以在同樣功耗下提高性能30%,或是在同樣頻率下降低功耗50%,電晶體密度提升80%。

從台積電年報資訊來看,3 奈米基於EUV技術展現優異的光學能力,與符合預期的晶片良率,以減少曝光機光罩缺陷及製程堆疊誤差,並降低整體成本,2 奈米及更先進製程上將著重於改善極紫外光技術的品質與成本。

台積電目前在5/7奈米製程的良率都勝於三星,甚至在去年採用三星5奈米製程的高通S888,卻傳出有過熱情況,目前蘋果的iPhone 13系列、最新版的Macbook Pro所搭載的A15晶片、M1 Pro、M1 Max都採用台積電5奈米製程強效版,表現更遠勝其他產品。

Google美國時間周二預計發表Pixel 6 系列,並採用首款自研處理器晶片Tensor,預計採用三星4奈米製程,高通則是預計年底推出新一代5G旗艦機處理器晶片S895(或是S898);至於台灣IC設計大廠聯發科預計今年底明年初發表新一代5G旗艦機處理器晶片天璣2000,預料採用台積電4奈米製程,雙方先在4奈米製程一較高下。

至於2奈米製程,台積電透露的細節不多,三星除了口頭喊話之外,也還沒看到詳細資訊。至於今年5月發表2奈米製程GAA技術的IBM,根據當時說明,IBM 的2奈米製程號稱在150mm²的面積中塞入500億個電晶體,平均每平方公厘是3.3億個,比起當前最先進的7奈米、5奈米製程晶片,2奈米製程電晶體密度更高、增加 45% 效能、能源效率提升達75%。

IBM早在2015 年就發表 7奈米製程,但一直到去年8月才有第一個商用化產品出現,相比台積電、三星還要晚,根據目前資料來看,預估台積電2奈米製程2024年發表,三星2奈米製程2025年量產,英特爾的20A製程預計2024年發表。IBM雖然提前發表2奈米製程,但實際上要到可以量產的等級還有一大段差距,但這已經足以證實,2奈米製程GAA技術的可行性。

據《BusinessKorea》過去數據顯示,台積電、三星、IBM以及格羅方德,申請 GAA 製程專利數量分別占比31.4%、20.6%、10.2%、5.5%,顯示台積電雖然不張揚,但早就進入研發,甚至申請專利數最高,三星、IBM則是加起來才逼近台積電。

三星早先投入大量資源GAA技術,等到進入2奈米製程預料有更穩定表現,台積電則是在2奈米製程量產才導入GAA技術,就算三星技術仍無法克服物理極限,與IBM的緊密合作,是否可能採用IBM技術來生產先進製程晶片,也不失為一種選項。

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