天字一號晶片代工廠狂奔：坐等2nm
4月27日消息，台積電近期更新了其製程製程路線圖，稱其4納米製程晶片將在2021年底進入「風險生產」階段，並於2022年實現量產；3納米產品預計在2022年下半年投產， 2納米製程正在開發中。
在產能方面，沒有任何競爭對手能威脅到台積電的主導地位，而且未來幾年內也不會。至於製造技術，台積電最近重申，它有信心其2納米（N2）、3納米（N3）和4納米（N4）製程將按時推出，並保持比競爭對手更先進節點製程領先優勢。
今年早些時候，台積電將2021年的資本支出預算大幅提高到250億至280億美元，最近更是追加到300億美元左右。這是台積電未來三年增加產能和研發投入計劃的一部分，該公司計劃三年總共投資1000億美元。
在台積電今年300億美元的資本預算中，約80%將用於擴大先進技術的產能，如3納米、4納米、5納米、6納米以及7納米晶片。華興證券分析師認為，到今年年底，先進節點上的大部分資金將用於將台積電的5納米產能擴大到每月11萬至12萬片晶圓。
與此同時，台積電錶示，其資本支出的10%將用於先進的封裝和掩模製造，另外10%將用於支援專業技術開發，包括成熟節點的訂製版本。
台積電最近提高資本支出的舉措是在英特爾宣布其IDM 2.0戰略(涉及內部生產、外包和代工運營)之後做出的，並在很大程度上重申了該公司在競爭加劇之際對短期和長期未來的信心。
台積電總裁兼首席執行官魏哲家在最近與分析師和投資者的電話會議上表示：「作為一家領先的晶圓代工企業，台積電在成立30多年的歷史中從未缺乏競爭，但我們知道如何競爭。我們將繼續專註於提供領先的技術、卓越的製造服務，並贏得客戶的信任。其中，贏得客戶信任是相當重要的，因為我們沒有與客戶競爭的內部產品。」
N5製程贏得客戶信賴
台積電是2020年中期第一家開始使用其N5製程技術進行大規模晶片製造(HVM)的公司。最初，該節點僅用於為台積電的最重要客戶服務，即蘋果和海思。如今，隨著更多客戶已經準備好各自的N5規格晶片設計，因此該節點的採用正在增長。與此同時，台積電錶示，計劃使用N5系列技術(包括N5、N5P和N4)的客戶比幾個月前預計的要多。
魏哲家說：「N5已經進入量產的第二個年頭，產量比我們最初的計劃要高。在智慧手機和高性能計算（HPC）應用的推動下，N5的需求繼續強勁，我們預計2021年N5將貢獻晶圓收入的20%左右。事實上，我們看到N5和N3的客戶越來越多。需求如此之高，我們必須準備好應對的準備。」
對於台積電來說，HPC應用包括許多不同類型的產品，比如AI加速器、CPU、GPU、FPGA、NPU和影片遊戲SoC等。由於台積電只是代工製造商，不會透露它使用哪種節點生產的產品，但N5在HPC領域的採用率正在增長這一事實非常重要。
魏哲家表示：「我們預計，在智慧手機和HPC應用需求強勁的推動下，未來幾年對我們N5系列的需求將繼續增長。我們預計HPC不僅會在第一波增長中出現，實際上還會在更多的需求波中出現，以支援我們未來領先的N5節點。」
台積電N5在尖端技術採用者中的市場份額正在增加，這並不特別令人驚訝。華興資本分析師估計，台積電N5的電晶體密度約為每平方毫米1.7億個電晶體，這將使其成為當今可用密度最高的技術。相比之下，三星電子的5LPE每平方毫米可以容納大約1.25億到1.3億個電晶體，而英特爾的10納米節點電晶體密度大約為每平方毫米1億個。
在接下來的幾周里，台積電將開始使用其名為N5P的N5改進技術性能增強版來製造晶片，該技術承諾將頻率提高至多5%，或將功耗降低至多10%。N5P為客戶提供了一條無縫的遷移路徑，無需大量的工程資源投資或更長的設計周期，因此任何使用N5設計的用戶都可以使用N5P。例如，N5的早期採用者可以將他們的IP重新用於N5P晶片。
N4明年將投入量產
台積電的N5系列技術還包括將在今年晚些時候進入「風險生產」階段，並將在2022年用於批量生產的N4製程晶片。這項技術將提供比N5更多的PPA(功率、性能、面積)優勢，但保持相同的設計規則、設計基礎設施、SPICE模擬程式和IP。同時，由於N4進一步擴大了EUV光刻工具的使用範圍，它還減少了掩模數量、製程步驟、風險和成本。
魏哲家說：「N4將利用N5的強大基礎進一步擴大我們的5納米系列技術優勢。N4是從N5直接遷移過來的，具有兼容的設計規則，同時為下一波5納米產品提供進一步的性能、功率和密度增強。N4的目標是今年下半年進入風險生產階段，2022年實現批量生產。」
到2022年N4產品投入量產時，台積電將擁有約兩年的N5經驗和三年的EUV經驗。因此，人們的預期是，其收益率將會很高。但是，即使N4被認為是尖端的，它也不會是台積電明年提供的最先進位造技術。
N3將於2022年下半年亮相
2022年，台積電將推出其全新的N3製造製程，該製程將繼續使用FinFET電晶體，但預計將提供一整套PPA改進方案。特別是，與目前的N5製程相比，台積電的N3承諾將性能提高10%-15%，或者降低25%-30%的功耗。同時，根據結構的不同，新節點還將使電晶體密度提高1.1到1.7倍。
N3將進一步增加EUV層的數量，但將繼續使用DUV光刻。此外，由於該技術始終在使用FinFET，它將不需要從頭開始重新設計的新一代電子設計自動化(EDA)工具和開發全新的IP，相對於三星基於GAAFET/MBCFET的3GAE，這可能更具競爭優勢。
魏哲家表示：「N3將是我們繼N5之後的又一次全面節點跨越，它將使用FinFET電晶體結構為我們的客戶提供最好的技術成熟度、性能和成本。我們的N3技術開發進展良好。與N5和N7相比，我們繼續看到N3的HPC和智慧手機應用客戶參與度要高得多。」
事實上，台積電聲稱客戶對N3的參與度越來越高，間接地表明了其對N3寄予了厚望。魏哲家說：「N3的風險生產預計在2021年啟動，量產目標是在2022年下半年。我們的N3技術推出後，將成為PPA和電晶體技術中最先進的代工技術。我們有信心，我們的N5和N3都將成為台積電大規模和持久使用的節點製程。」
超越N3
全柵場效應電晶體(GAAFET)仍是台積電發展路線圖的重要組成部分。該公司預計將在其「後N3」技術(大概是N2)中使用全新的電晶體。事實上，台積電正處於尋找下一代材料和電晶體結構的階段，這些材料和電晶體結構將在未來許多年內使用。
台積電在最近的年報中稱：「對於先進的CMOS（互補金屬氧化物半導體），台積電的3納米和2納米CMOS節點在流水線上進展順利。」此外，台積電加強的探索性研發工作集中在2納米節點、3D電晶體、新存儲器和Low-R互連等領域，這些領域正在為引入許多技術平台奠定堅實的基礎。
值得注意的是，台積電正在12號工廠擴大研發能力，目前正在研發N3、N2和更先進的節點。
有信心超越代工行業整體增長率
總體而言，台積電相信，其「大家的晶圓代工廠」 (everyone’s foundry)戰略將使其在規模、市場份額和銷售額方面進一步增長。該公司還預計，未來將保持其技術領先地位，這對其增長至關重要。
台積電首席財務官黃文德最近在與分析師和投資者的電話會議上表示：「我們現在預測，2021年全年，代工行業的增長率約為16%。對於台積電來說，我們有信心能夠超越晶圓代工行業的整體增長，在2021年實現20%左右的增長。」
該公司擁有強大的技術路線圖，並將繼續每年推出改進的前沿節點，從而以可預測的節奏為客戶提供技術改進。
台積電知道如何與擁有尖端節點的競爭對手以及專註於專業製程技術的晶片製造商競爭，因此它並不認為英特爾代工服務(IFS)是直接的威脅，特別是因為後者主要聚焦於尖端和先進的節點。
金融分析師普遍認同台積電的樂觀態度，主要是因為預計該公司的N3和N5節點將不會有競爭對手提供類似的電晶體密度和晶圓產能。
華興證券分析師表示：「繼英特爾今年3月宣布的晶圓代工業務回歸後，台積電願意從2021年開始制定為期3年的1000億美元資本支出和研發投資計劃，這表明其有信心擴大代工領導地位。我們認為，隨著N3和N5的出現，台積電的戰略價值也在上升：HPC和智慧手機應用的N5生產活動強勁，同時與N5和N7在類似階段相比，N3客戶的參與度更高。
