三年前帕特·基辛格成為英特爾CEO不久，就組建了英特爾代工服務(wù)（IFS）事業(yè)部，隨后英特爾代工快速發(fā)展。

“在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)，英特爾代工的預(yù)期交易價(jià)值從40億美元提升到了100億美元，如今又上漲到150億美元，我對(duì)此感到滿意?！被粮裨诮谂e辦的Intel Foundry Direct Connect上充滿信心，“現(xiàn)在我們的目標(biāo)是，英特爾代工（Intel Foundry）在2030年成為全球第二大代工廠。”

稍作計(jì)算就可以知道，2030年英特爾代工的預(yù)期交易價(jià)值將高達(dá)1000億美元。

芯片代工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激勵(lì)，先進(jìn)制程領(lǐng)域有強(qiáng)大的臺(tái)積電和三星，英特爾真的能讓這一極具挑戰(zhàn)的目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)嗎？

“我們是一家正在轉(zhuǎn)變?yōu)榫A廠的系統(tǒng)級(jí)公司，而不是反過(guò)來(lái)。我認(rèn)為我們的模式在代工行業(yè)中獨(dú)一無(wú)二。”英特爾代工高級(jí)副總裁Stu Pann直言。

這種獨(dú)一無(wú)二只有獲得客戶的認(rèn)可，才能稱其為優(yōu)勢(shì)。英特爾長(zhǎng)久以來(lái)的合作伙伴微軟力挺英特爾代工。

微軟首席執(zhí)行官Satya Nadella表示，微軟設(shè)計(jì)的一款芯片計(jì)劃采用Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)。

更具說(shuō)服力的是，和英特爾存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的Arm，也為英特爾代工站臺(tái)。

Arm CEO Rene Haas打趣，英特爾代工和Arm的組合有點(diǎn)奇怪，好比當(dāng)沃爾特·莫斯伯格（美國(guó)知名科技專欄作家）和史蒂夫·喬布斯（蘋(píng)果公司聯(lián)合創(chuàng)始人）看到iTunes在Windows上運(yùn)行的感覺(jué)。

“英特爾的技術(shù)是行業(yè)領(lǐng)先、變革的，Arm需要成為其中的一部分。”Rene Haas表示了認(rèn)可。

芯片代工廠要服務(wù)好客戶，要解決的不是單純的設(shè)備、材料或IP的問(wèn)題，是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題。所以英特爾代工的成功，一定會(huì)是英特爾代工生態(tài)的繁榮。

這也是Intel Foundry Direct Connect上，必須有Synopsys、Cadence、Siemens和Ansys等生態(tài)合作伙伴的出席，IP和EDA公司合作伙伴幾乎都是CEO級(jí)別的人物出席，對(duì)英特爾代工是非常積極的信號(hào)。

英特爾代工最終的成敗，還取決于英特爾的執(zhí)行力和對(duì)待客戶的態(tài)度。

信息隔離墻和全新路線圖，給客戶兩顆定心丸

2021年英特爾代工服務(wù)首次出現(xiàn)，2022年升級(jí)為英特爾IDM2.0戰(zhàn)略，2023年英特爾宣布制造部門(mén)的損益單獨(dú)核算，英特爾各產(chǎn)品業(yè)務(wù)部門(mén)能夠自主選擇與第三方代工廠合作。

英特爾代工在過(guò)去三年間不斷演進(jìn)，有了2024年2月的英特爾代工全新品牌。

“英特爾代工不僅是一個(gè)全新的品牌，也是全新的組織架構(gòu)，將技術(shù)、制造、供應(yīng)鏈和代工服務(wù)融為一體，是一個(gè)同時(shí)服務(wù)內(nèi)部客戶和外部客戶的代工廠?！庇⑻貭柎な袌?chǎng)營(yíng)銷副總裁Craig Org解釋。

對(duì)于英特爾代工所有的潛在客戶來(lái)說(shuō)，安全性，也就是保證英特爾代工和英特爾產(chǎn)品間的“信息隔離墻”是首要關(guān)心的問(wèn)題。

基辛格明確，“英特爾（外部）代工和英特爾（內(nèi)部）產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)之間有一條清晰的界線。今年，我們將開(kāi)始發(fā)布英特爾代工的獨(dú)立財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。英特爾代工的目標(biāo)是讓我們的半導(dǎo)體工廠產(chǎn)能滿載，向全球最廣泛的客戶交付產(chǎn)能。微軟已經(jīng)是英特爾代工的客戶，我們希望能夠服務(wù)于英偉達(dá)、高通、谷歌，甚至是AMD等?！?/p>

英特爾首席全球運(yùn)營(yíng)官Keyvan Esfarjani指出，英特爾的運(yùn)營(yíng)模式正在發(fā)生巨大變化，不再是在一個(gè)混合的運(yùn)營(yíng)模式中生產(chǎn)英特爾制造的產(chǎn)品，將擁有英特爾代工運(yùn)營(yíng)模式，英特爾產(chǎn)品部門(mén)和其它外部客戶一樣。

Stu Pann也說(shuō)，“英特爾產(chǎn)品和英特爾代工有兩個(gè)獨(dú)立的銷售隊(duì)伍，我們也正在構(gòu)建兩個(gè)獨(dú)立的企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)。基辛格將我們的員工會(huì)議作為兩個(gè)獨(dú)立的員工會(huì)議來(lái)管理，英特爾代工直接向CEO匯報(bào)，是英特爾IDM2.0轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的支柱之一。英特爾代工和英特爾產(chǎn)品的員工不進(jìn)行交叉交流，在個(gè)人層面也有非常嚴(yán)格的保密協(xié)議。我們時(shí)刻保持警惕，‘信息隔離墻’得到了嚴(yán)格執(zhí)行，迄今為止效果相當(dāng)顯著?！?/p>

劃清英特爾代工和英特爾產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)之間的界線只是給潛在客戶的一顆定心丸，對(duì)于代工這種需要長(zhǎng)期且金額巨大的合作，還需要路線圖這顆定心丸，這也是參與代工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的前提。

在談及未來(lái)幾年的路線圖之前，基辛格先證實(shí)了其“四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)”路線圖仍在穩(wěn)步推進(jìn)，并將在業(yè)內(nèi)率先提供背面供電解決方案。

這是證明英特爾執(zhí)行力非常重要的信息，也是英特爾重回制程領(lǐng)先性的關(guān)鍵所在。

英特爾預(yù)計(jì)將于2025年通過(guò)Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)重獲制程領(lǐng)先性。

不過(guò)臺(tái)積電在2023年Q4的法說(shuō)會(huì)上回答分析師對(duì)于Intel 18A的領(lǐng)先性的問(wèn)題時(shí)表示，2025年Intel 18A量產(chǎn)時(shí)，與Intel 18A相當(dāng)?shù)呐_(tái)積電N3P已經(jīng)量產(chǎn)三年。

“我們得到的反饋是Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)的每瓦特性能很棒。正如Arm首席執(zhí)行官Rene Hass發(fā)言時(shí)所說(shuō)，我們的客戶一直告訴我們，他們相信Intel 18A是一項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)。我們我們相信他們說(shuō)的話。”Craig Orr對(duì)雷峰網(wǎng)表示。

Intel 18A之后的全新制程路線圖包括了Intel 3、Intel 18A和Intel 14A技術(shù)的演化版本，如Intel 3-T就通過(guò)硅通孔技術(shù)針對(duì)3D先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，很快將生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒。

英特爾全新的制程路線圖會(huì)有節(jié)點(diǎn)的不同演化版本，有些節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行功能拓展（E版），例如Intel 3-E，是針對(duì)特定應(yīng)用的更多功能升級(jí)。有些節(jié)點(diǎn)會(huì)增加3D堆疊的硅通孔優(yōu)化（T版），例如Intel 3-T。還有些節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行性能提升（P版），例如Intel 18 A-P，較原始版本約有10%的性能提升。

“我們每?jī)赡陼?huì)有一個(gè)新的、大的節(jié)點(diǎn)發(fā)布，然后每隔一年左右就會(huì)有一個(gè)演進(jìn)版本，演進(jìn)版本的研發(fā)工作量要小于大的節(jié)點(diǎn)。漸進(jìn)式演進(jìn)和大變革同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)我們把它們加起來(lái)看的時(shí)候，成本相對(duì)可控。”Craig Orr解釋。

雷峰網(wǎng)了解到，英特爾的大的制程節(jié)點(diǎn)間的性能提升至少有20%，比如從Intel7到Intel4。某個(gè)節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)版本，至少會(huì)有5%的功耗或性能改進(jìn)，比如某個(gè)節(jié)點(diǎn)的P版或E版。

AI系統(tǒng)級(jí)代工，獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)

信任是長(zhǎng)期合作的基礎(chǔ)，要達(dá)成合作還需要有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)級(jí)代工是英特爾拿出的獨(dú)家本領(lǐng)。

所謂的系統(tǒng)級(jí)代工，是在其它代工廠節(jié)點(diǎn)和封裝的服務(wù)之外，還有基板、散熱、存儲(chǔ)、互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)級(jí)服務(wù)。

“英特爾探索的是全棧式系統(tǒng)，通過(guò)改變連接的方式，在使用相同技術(shù)的前提下將性能提高2倍甚至更多，這是走向未來(lái)的關(guān)鍵所在?！盋raig Orr進(jìn)一步表示，“要獲得與工作負(fù)載的增加相匹配的算力指數(shù)級(jí)提升，必須優(yōu)化系統(tǒng)的每個(gè)層面，包括存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、軟件。包含了如何放置存儲(chǔ)，存儲(chǔ)、帶寬、網(wǎng)絡(luò)等配置，以及如何將其映射到更高層次的軟件、芯片架構(gòu)和系統(tǒng)架構(gòu)中，使其與軟件，數(shù)據(jù)的移動(dòng)方式相匹配?！?/p>

英特爾作為系統(tǒng)級(jí)公司轉(zhuǎn)變?yōu)樾酒S的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)還有更多體現(xiàn)。

“英特爾內(nèi)部擁有豐富的系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)，我們正在發(fā)揮我們?cè)谛酒到y(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，將這些專業(yè)知識(shí)提供給我們的客戶。”Stu Pann說(shuō)，“我們通過(guò)系統(tǒng)級(jí)代工與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)，首先，作為代工廠，必須具備有競(jìng)爭(zhēng)力的PPAC，即性能、功耗、面積和成本，沒(méi)有這些，其他一切都不重要。合作伙伴給我們的反饋是我們確實(shí)具備PPAC的競(jìng)爭(zhēng)力。另外英特爾代工還有封裝能力，這是我們已經(jīng)做了很長(zhǎng)時(shí)間也有差異化優(yōu)勢(shì)?！?/p>

英特爾已宣布將FCBGA 2D+ 納入英特爾代工先進(jìn)系統(tǒng)封裝及測(cè)試（Intel Foundry ASAT）技術(shù)組合之中，這一組合將包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB、Foveros和Foveros Direct技術(shù)。

理解了英特爾的系統(tǒng)級(jí)代工，再來(lái)談?wù)凙I系統(tǒng)級(jí)代工。

“系統(tǒng)是最重要的部分，能夠幫助客戶優(yōu)化整個(gè)解決方案，從而制造出最好的AI系統(tǒng)?！盋raig Orr坦言，“AI只是一個(gè)很好的例子，同樣的系統(tǒng)能力也可以有其他應(yīng)用。目前來(lái)說(shuō)，AI可能是最重要的問(wèn)題，這就是我們強(qiáng)調(diào)AI的原因。英特爾的系統(tǒng)級(jí)代工能夠很好地助力客戶在AI領(lǐng)域取得成功?！?/p>

在大語(yǔ)言模型上進(jìn)行一次AI訓(xùn)練所需的算力每10個(gè)月就會(huì)翻一番。隨著AI的更多先進(jìn)應(yīng)用，所需算力的增長(zhǎng)速度只會(huì)越來(lái)越快。這也意味著AI芯片必須以更快的速度迭代才能滿足生成式AI時(shí)代的需求。

對(duì)于強(qiáng)項(xiàng)不是設(shè)計(jì)芯片的公司，英特爾的AI系統(tǒng)級(jí)代工有著獨(dú)特的吸引力，比如微軟。

微軟和Arm雙重認(rèn)可，英特爾代工有AI和Arm兩大市場(chǎng) 

微軟Satya Nadella說(shuō)：“我們正處在一個(gè)非常激動(dòng)人心的平臺(tái)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，這將從根本上改變每個(gè)企業(yè)和整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)力。為了實(shí)現(xiàn)這一愿景，我們需要先進(jìn)、高性能和高質(zhì)量半導(dǎo)體的可靠供應(yīng)。這就是為什么微軟對(duì)和英特爾代工合作感到興奮，計(jì)劃采用Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)一款我們?cè)O(shè)計(jì)的芯片?！?/p>

微軟是典型的軟件公司，像微軟一樣想要設(shè)計(jì)AI芯片的軟件和AI公司越來(lái)越多，對(duì)于這些公司，自主設(shè)計(jì)的芯片最重要的目的是提升其主營(yíng)業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力，理想情況是以最低成本設(shè)計(jì)出最適合的芯片，英特爾的系統(tǒng)級(jí)代工能夠降低這些公司設(shè)計(jì)芯片的門(mén)檻。

基辛格也說(shuō)，“我們希望承接一些芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，這意義重大，因?yàn)楹芏嗫蛻粼谙蛭覀兂兄Z下單較大產(chǎn)能之前，會(huì)先讓我們幫助做芯片設(shè)計(jì)，這些相對(duì)合同金額較小的芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，將帶來(lái)更大的代工業(yè)務(wù)承諾?！?/p>

英特爾的產(chǎn)品也會(huì)成為英特爾代工客戶的參考。比如英特爾至強(qiáng)團(tuán)隊(duì)使用EMIB和混合鍵合（Foveros Direct）技術(shù)解決了Clearwater Forest的發(fā)熱問(wèn)題，如果有客戶想要使用這一技術(shù)，英特爾將會(huì)為客戶提供定制的產(chǎn)品和服務(wù)。

“在發(fā)展英特爾代工業(yè)務(wù)的過(guò)程中，由大型AI芯片推動(dòng)，先進(jìn)封裝成為了我們快速入局競(jìng)爭(zhēng)的路徑。我們?cè)谂c行業(yè)內(nèi)的各家企業(yè)合作，其中許多已經(jīng)簽約。英特爾在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在成為了我們整個(gè)代工業(yè)務(wù)的巨大助推器。”基辛格表示。

AI芯片的增長(zhǎng)量是英特爾代工的未來(lái)，當(dāng)然，由于出貨量巨大，Arm芯片也是英特爾代工必須爭(zhēng)取的客戶群體。

英特爾為此推出了“新興企業(yè)支持計(jì)劃”（Emerging Business Initiative），這一計(jì)劃將與Arm合作，為基于Arm架構(gòu)的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoCs）提供先進(jìn)的代工服務(wù)，支持初創(chuàng)企業(yè)開(kāi)發(fā)基于Arm架構(gòu)的技術(shù)，并提供必要IP、制造支持和資金援助，為Arm和英特爾提供了促進(jìn)創(chuàng)新和發(fā)展的重要機(jī)會(huì)。

目前，英特爾代工在各代制程節(jié)點(diǎn)（包括Intel 18A、Intel 16和Intel 3）及Intel Foundry ASAT（包括先進(jìn)封裝）上均已擁有大量客戶設(shè)計(jì)案例。在晶圓制造和先進(jìn)封裝領(lǐng)域，英特爾代工的預(yù)期交易價(jià)值（lifetime deal value)超過(guò)150億美元。

需要注意的是，即使在2030年，英特爾代工的大部分晶圓產(chǎn)能仍然將用于英特爾的產(chǎn)品。

“我們可以用英特爾自己大量的收入和產(chǎn)品，承諾推動(dòng)Intel 18A和Intel 14A以及接下來(lái)的制程節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量，這將減輕所有后續(xù)客戶的投產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。”基辛格稱，“Panther Lake和Clearwater Forest已經(jīng)計(jì)劃使用Intel 18A，這將占據(jù)未來(lái)英特爾客戶端和服務(wù)器收入的很大一部分，對(duì)此我已經(jīng)做出了承諾。”

對(duì)于英特爾代工的客戶來(lái)說(shuō)，能夠獲得先進(jìn)封裝、優(yōu)質(zhì)的晶圓以及優(yōu)惠的價(jià)格，意味著一個(gè)有韌性、可持續(xù)、值得信賴的供應(yīng)鏈。

英特爾代工和客戶可以實(shí)現(xiàn)雙贏。 

英特爾代工的成功一定是生態(tài)的繁榮

英特爾代工追求的是多贏的局面，也就是與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的合作共贏，因?yàn)橹圃焓且粋€(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

這里的生態(tài)系統(tǒng)包含IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）和EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）合作伙伴Synopsys、Cadence、Siemens、Ansys、Lorentz和Keysight，也包含材料、設(shè)備、封裝和測(cè)試的供應(yīng)商。

好消息是，英特爾代工的IP和EDA合作伙伴均表示，工具和IP已準(zhǔn)備就緒，可幫助代工客戶加速基于業(yè)界首推背面供電方案的Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)的先進(jìn)芯片設(shè)計(jì)。并且其EDA和IP已經(jīng)在英特爾各制程節(jié)點(diǎn)上啟用。

針對(duì)英特爾EMIB 2.5D封裝技術(shù)，幾家供應(yīng)商還宣布計(jì)劃合作開(kāi)發(fā)組裝技術(shù)和設(shè)計(jì)流程。這些EDA解決方案將確保英特爾能夠更快地為客戶開(kāi)發(fā)、交付先進(jìn)封裝解決方案。

英特爾在制造方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，如今在新的戰(zhàn)略下擴(kuò)大與制造領(lǐng)域生態(tài)合作伙伴的合作，對(duì)于所有合作伙伴而言都是好消息。

在競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的成熟制程節(jié)點(diǎn)上，英特爾與其它代工廠充分合作，今年1月份宣布與UMC聯(lián)合開(kāi)發(fā)的全新12納米節(jié)點(diǎn)。不斷提升英特爾代工的競(jìng)爭(zhēng)力。

只有生態(tài)的不斷繁榮，并且保持技術(shù)的領(lǐng)先性，英特爾才能在2030年實(shí)現(xiàn)全球第二大代工廠的目標(biāo)。

可持續(xù)性也很關(guān)鍵。Intel Foundry Direct Connect大會(huì)上，英特爾重申了其承諾，即在2030年達(dá)成100%使用可再生電力，水資源正效益和零垃圾填埋。此外，英特爾還再次強(qiáng)調(diào)了其在2040年實(shí)現(xiàn)范圍1和范圍2溫室氣體（GHG）凈零排放，2050年實(shí)現(xiàn)范圍3溫室氣體凈零上游排放的承諾。

該項(xiàng)目已經(jīng)推進(jìn)了近一年時(shí)間。上揚(yáng)軟件為該項(xiàng)目成立了研發(fā)中心，并投入了上百人。

新浪科技報(bào)道稱目前承接該項(xiàng)目的上百名上揚(yáng)軟件工作人員已經(jīng)離開(kāi)中芯國(guó)際位于北京的辦公地點(diǎn)，多位負(fù)責(zé)該項(xiàng)目研發(fā)的高級(jí)技術(shù)人員已經(jīng)開(kāi)始找新工作。

8月8日下午，上揚(yáng)科技回應(yīng)稱中芯國(guó)際北京項(xiàng)目并未暫停，上揚(yáng)團(tuán)隊(duì)仍在為其進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。相關(guān)人員辦公地點(diǎn)調(diào)整是由于疫情反復(fù)而進(jìn)行的調(diào)整。上揚(yáng)科技還表示，目前項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及團(tuán)隊(duì)穩(wěn)定，相關(guān)項(xiàng)目人員并未出現(xiàn)離職現(xiàn)象，依然在堅(jiān)守崗位。

一位接近上揚(yáng)軟件的業(yè)內(nèi)人士告訴雷峰網(wǎng)，中芯國(guó)際北京項(xiàng)目只是延期，沒(méi)有暫停，團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程辦公，內(nèi)部開(kāi)發(fā)沒(méi)有解散。

截止發(fā)稿，中芯國(guó)際尚未就此事作出回應(yīng)。

本次“項(xiàng)目停擺”事件的具體情形依然撲朔，這不禁讓人好奇處于本次事件旋渦中芯的CIM軟件，是何方神圣？

和EDA軟件一樣，CIM軟件也是是芯片生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的一環(huán)。EDA軟件在芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮作用，CIM軟件則是在晶圓制造的過(guò)程中發(fā)揮作用。

具體來(lái)講，CIM軟件指的是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，包含了晶圓制造中多個(gè)領(lǐng)域，被稱為半導(dǎo)體晶圓制造及先進(jìn)封測(cè)工廠內(nèi)部的“生命級(jí)”軟件系統(tǒng)。其中，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是最重要的一環(huán)，它在晶圓制造的過(guò)程中，扮演了“指揮官”的角色，完成晶圓在不同設(shè)備間的調(diào)度。

如果MES軟件停擺，整個(gè)晶圓制造廠都會(huì)陷入癱瘓。

此前，上揚(yáng)科技曾經(jīng)與中芯國(guó)際在8英寸芯片生產(chǎn)線CIM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上有過(guò)成功的合作案例，而這次想實(shí)現(xiàn)12英寸晶圓的國(guó)產(chǎn)化，則是為了強(qiáng)化更先進(jìn)制程工藝的技術(shù)自主。

更大的晶圓片代表著更高的制造效率，也能夠滿足更先進(jìn)制程芯片的制造要求：一塊8英寸晶圓能夠產(chǎn)出88塊芯片，而一塊12英寸晶圓則能夠產(chǎn)出232塊芯片，且每塊芯片成本更低。目前生產(chǎn)存儲(chǔ)、GPU\CPU等高端邏輯芯片的工藝也以12英寸為主。

而晶圓尺寸越大，自動(dòng)化程度就越高，對(duì)CIM軟件的需求就越高。4-6英寸的晶圓主要靠人力來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間流轉(zhuǎn)，8英寸則是人力與自動(dòng)化相結(jié)合，而12英寸則要求全自動(dòng)化。

同EDA軟件一樣，國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)在先進(jìn)CIM軟件的市場(chǎng)也幾乎被國(guó)外巨頭所壟斷，深受“卡脖子”之害。

這次被網(wǎng)傳暫停的上揚(yáng)軟件和中芯國(guó)際合作的12英寸晶圓廠CIM國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，就是為了打破這種壟斷而設(shè)立。

作為中國(guó)大陸地區(qū)最大的晶圓廠，中芯國(guó)際是先進(jìn)工藝的積極探索者。

2021年，中芯國(guó)際猛砸千億，計(jì)劃建設(shè)3座12英寸晶圓廠。隨著中芯國(guó)際在先進(jìn)工藝上不斷探索，更大尺寸晶圓的CIM軟件系統(tǒng)也成為必不可少的一環(huán)。而由于美國(guó)政府的打壓，中芯國(guó)際使用國(guó)外的設(shè)備和軟件處處受限，處于技術(shù)可控的考慮，開(kāi)啟了對(duì)CIM軟件本土化的研究。

有業(yè)內(nèi)人士指出，國(guó)內(nèi)的工業(yè)軟件剛剛起步，發(fā)展確實(shí)艱難，但國(guó)產(chǎn)軟件依然未來(lái)可期。

此前美國(guó)已經(jīng)禁止在沒(méi)有許可證的情況下向中芯國(guó)際出售大多數(shù)可以制造10nm以下先進(jìn)制程芯片的設(shè)備。

美國(guó)芯片制造設(shè)備供應(yīng)商泛林半導(dǎo)體首席執(zhí)行官Tim Archer告訴分析師，他們已經(jīng)收到美國(guó)商務(wù)部通知，出口中國(guó)禁令覆蓋的制程范圍已由最大10nm擴(kuò)大到了最大14nm。

Archer補(bǔ)充道，據(jù)他所知，新要求中的限制不包括存儲(chǔ)芯片。目前泛林半導(dǎo)體已經(jīng)在第三季度的業(yè)績(jī)展望中考慮這一新限制可能造成的影響。

而同為美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商的科磊也收到了商務(wù)部的通知?？评谑紫瘓?zhí)行官Rick Wallace周四證實(shí)，他們也收到了政府關(guān)于對(duì)向中國(guó)出口設(shè)備許可相關(guān)變化的通知，同時(shí)他表示，這對(duì)KLA的業(yè)務(wù)沒(méi)有重大影響。

據(jù)知情人士透露，在過(guò)去兩周左右的時(shí)間里，所有美國(guó)設(shè)備制造商都收到了來(lái)自商務(wù)部的信函，要求他們不要向中國(guó)供應(yīng)可用于14nm以下先進(jìn)制程芯片制造的設(shè)備。

但制造商們表示，這些信件從某種程度上來(lái)說(shuō)是在展示拜登政府的強(qiáng)硬態(tài)度，而對(duì)實(shí)際交易情況影響不大。因?yàn)榇饲懊绹?guó)商務(wù)部已經(jīng)拒絕了許多14nm設(shè)備出口許可證的申請(qǐng)。

值得注意的是，此次美國(guó)宣布斷供的范圍也從中芯國(guó)際擴(kuò)大到在中國(guó)運(yùn)營(yíng)的芯片制造商，包括臺(tái)積電在大陸地區(qū)的制造廠。

據(jù)分析，雖然新的限制僅涵蓋制造先進(jìn)芯片的設(shè)備，但成熟制程芯片的制造也可能受到影響。因?yàn)榫懦梢陨系脑O(shè)備都是向下兼容的，目前成熟制程芯片的制造中可能使用了這些被列入出口禁令的設(shè)備。

目前中芯國(guó)際的最先進(jìn)產(chǎn)能為14nm，臺(tái)積電在中國(guó)大陸地區(qū)的最先進(jìn)產(chǎn)能為16nm，新的出口限制可能會(huì)對(duì)他們的產(chǎn)能造成影響。

有分析指出，此舉可能是為了配合近期即將由美國(guó)總統(tǒng)拜登簽署的“芯片與科學(xué)法案”。

美國(guó)的參、眾兩院近日投票通過(guò)了該法案。該法案一經(jīng)推出就爭(zhēng)議不斷，經(jīng)過(guò)共和、民主兩黨長(zhǎng)達(dá)三年的拉扯終于在近日通過(guò)，目前尚待美國(guó)總統(tǒng)拜登簽署。如果該法案通過(guò)，美國(guó)政府將提供520億美元的補(bǔ)貼來(lái)激勵(lì)美國(guó)本土半導(dǎo)體的制造和研究。

但由于美國(guó)總統(tǒng)拜登近日新冠病毒檢測(cè)又呈陽(yáng)性，再次進(jìn)入隔離狀態(tài)，該法案的簽署時(shí)間可能延期。

在對(duì)自己本土的企業(yè)祭出“胡蘿卜加大棒”的組合拳之外，美國(guó)政府還在積極游說(shuō)其他國(guó)家，希望他們跟隨美國(guó)腳步，禁止對(duì)中國(guó)出口芯片制造相關(guān)設(shè)備。

據(jù)彭博社此前報(bào)道，美國(guó)正在勸說(shuō)日本、荷蘭等國(guó)家禁止ASML、尼康等相關(guān)企業(yè)向中國(guó)出售芯片制造相關(guān)的主流技術(shù)。

其中最為關(guān)鍵的是荷蘭ASML公司生產(chǎn)的光刻機(jī)。此前美國(guó)政府已經(jīng)設(shè)法禁止ASML公司向中國(guó)出售用于當(dāng)前先進(jìn)制程的EUV光刻機(jī)，目前美國(guó)則想更進(jìn)一步，使中國(guó)無(wú)法獲得ASML公司生產(chǎn)的DUV光刻機(jī)。

但目前美國(guó)的游說(shuō)沒(méi)有獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。對(duì)于美國(guó)每次將向中國(guó)提供芯片制造設(shè)備的限制從10nm提高到14nm的通知，ASML公司表示并未收到消息，尼康則表示該規(guī)定對(duì)其中國(guó)業(yè)務(wù)沒(méi)有影響。

聯(lián)發(fā)科是2021年全球第四大芯片設(shè)計(jì)廠商，每年生產(chǎn)超過(guò)20億芯片，臺(tái)積電承擔(dān)了其大部分芯片代工訂單。

英特爾代工業(yè)務(wù)由英特爾現(xiàn)任CEO帕特.基辛格于2021年3月推出。帕特表示，該業(yè)務(wù)旨在重振英特爾市場(chǎng)地位，并提升英特爾在全球芯片制造領(lǐng)域的影響力。

在2022年的英特爾投資大會(huì)上，帕特雄心勃勃的提出在未來(lái)的四年中英特爾將跨過(guò)五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)，并為已經(jīng)逐漸式微的摩爾定律“續(xù)命”的藍(lán)圖。

根據(jù)規(guī)劃，英特爾將在2022年下半年投產(chǎn)使用EUV技術(shù)制造的Intel4工藝芯片，在2023年的下半年投產(chǎn)更為先進(jìn)的Intel3工藝芯片，并在2024年全面進(jìn)入“埃米時(shí)代”，推出基于全新晶體管架構(gòu)RibbonFET的Intel10A和Intel18A工藝芯片。

雖然有著宏偉的藍(lán)圖，但迄今為止，英特爾的代工之路走的并不算順利。

為了發(fā)展IFS業(yè)務(wù)，目前英特爾已經(jīng)投入了超過(guò)200億美元，但英特爾代工業(yè)務(wù)今年第一季度僅帶來(lái)了2.83億美元的營(yíng)收，業(yè)務(wù)還處于擴(kuò)展期，與芯片代工業(yè)務(wù)同行臺(tái)積電、三星在規(guī)模上尚有差距。

如果該筆來(lái)自聯(lián)發(fā)科的訂單成功落地，將是英特爾IFS業(yè)務(wù)開(kāi)展以來(lái)所取得的最大突破之一。

英特爾代工服務(wù)總裁 Randhir Thakur 稱：“聯(lián)發(fā)科作為世界領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)公司之一，將幫助英特爾代工服務(wù)進(jìn)入下一個(gè)快速增長(zhǎng)階段。同時(shí)，英特爾代工服務(wù)的先進(jìn)工藝和大量產(chǎn)能，將幫助聯(lián)發(fā)科產(chǎn)出更多芯片”。

聯(lián)發(fā)科平臺(tái)技術(shù)與制造運(yùn)營(yíng)部企業(yè)高級(jí)副總裁NS Tsai表示，聯(lián)發(fā)科將與英特爾建立長(zhǎng)期合作關(guān)系，利用英特爾代工服務(wù)提升供應(yīng)鏈的多元性。

據(jù)悉，聯(lián)發(fā)科產(chǎn)品將使用“Intel 16”技術(shù)節(jié)點(diǎn)。Intel 16工藝是英特爾2018年開(kāi)始出貨的22FFL工藝的改進(jìn)版本。在Intel 16工藝中，英特爾對(duì)22FFL技術(shù)進(jìn)一步改造，并增加了對(duì)第三方芯片設(shè)計(jì)工具的支持。

英特爾表示該批訂單將在未來(lái)18個(gè)月至24個(gè)月內(nèi)出貨，但目前為止還不知道英特爾將承擔(dān)多少來(lái)自聯(lián)發(fā)科的訂單，也尚不清楚英特爾將在哪里制造這些芯片。

在接受外媒采訪時(shí)，英特爾表示：“我們無(wú)法透露客戶產(chǎn)品中的細(xì)節(jié)，但I(xiàn)FS用戶都可以通過(guò)俄勒岡州、亞利桑那州、愛(ài)爾蘭、以色列以及未來(lái)將在俄亥俄州和德國(guó)建立的工廠組成的全球產(chǎn)能網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)芯片?！?/p>]]> 晶圓代工 http://m.ozgbdpf.cn/category/manufacturing/w895PjALdVsIUtnU.html#comments Mon, 25 Jul 2022 19:59:00 +0800 http://m.ozgbdpf.cn/category/manufacturing/xnNmI7npsQkw5Hiv.html 近年來(lái)隨著人們對(duì)更先進(jìn)性能的要求，先進(jìn)制程成為了各大芯片制造廠商“軍備競(jìng)賽”的主要戰(zhàn)場(chǎng)。據(jù)悉，臺(tái)積電延誤已久的3nm制程工藝已于近期取得了重大突破，臺(tái)積電或?qū)⒛陜?nèi)率先完成第二版3nm制程的量產(chǎn)，并將其命名為“N3B”。

而基辛格出任CEO后一直力推代工業(yè)務(wù)的英特爾，也于近日宣布了其“埃米級(jí)”18A制程芯片將在2024年提前落地的消息。

在各芯片制造廠商向著更先進(jìn)制程工藝前進(jìn)的同時(shí)，制造的良率卻成了廠商們的一塊心病。曾經(jīng)在2021年拿下了高通公司新SoC驍龍8G1訂單的三星，在今年2月底就被爆出試產(chǎn)階段芯片良率造假丑聞，部分5nm以下制程的芯片良率甚至只有35%左右。

高通翻車，三星“接鍋”

高通近年來(lái)在手機(jī)SoC業(yè)務(wù)上陷入了停滯不前的窘境，一方面是因?yàn)椴捎昧顺蠛思軜?gòu)的驍龍888、驍龍8Gen1兩代芯片功耗“爆炸”，發(fā)熱量居高不下導(dǎo)致用戶體驗(yàn)不好。

另一方面則是由于產(chǎn)品良率過(guò)低導(dǎo)致成本上漲。根據(jù)外媒估算，一顆驍龍888芯片的成本已經(jīng)超過(guò)了100美元，而驍龍8gGen1則成本更高。此前采用7nm工藝的驍龍865成本僅為81美元。

在丑聞爆出后，三星電子管理部門(mén)就5nm芯片工藝是否屬實(shí)一事開(kāi)啟對(duì)DS部門(mén)的檢查。比起名譽(yù)上的損失，更令三星“肉疼”的是失去了高通這個(gè)大客戶。

據(jù)報(bào)道，因?yàn)槿请娮拥拇ち悸蔬^(guò)低，高通公司已經(jīng)決定將驍龍8Gen1的后續(xù)訂單轉(zhuǎn)交給臺(tái)積電。并且在之后將3nm制程的新一代SoC的代工業(yè)務(wù)全部交給臺(tái)積電。

事實(shí)上，良率對(duì)于芯片制造廠商來(lái)說(shuō)幾乎與先進(jìn)制程同樣重要。此前半導(dǎo)體材料廠商Entegris（應(yīng)特格）執(zhí)行副總裁及首席運(yùn)營(yíng)官Todd Edlund曾在接受媒體采訪時(shí)表示，對(duì)于3D NAND晶圓廠而言，1%的良率提高可能意味著每年1.1億美元的凈利潤(rùn)；而對(duì)于尖端的邏輯晶圓廠而言，1%的良率提升意味著1.5億美元的凈利潤(rùn)。

而在摩爾定律即將被“榨干”的今天，先進(jìn)制程的良率對(duì)于芯片制造廠商而言，正在變得越來(lái)越重要。

過(guò)孔缺失和隨機(jī)缺陷：EUV的大麻煩

荷蘭ASML公司的光刻機(jī)是先進(jìn)制程芯片制造過(guò)程中不可或缺的一環(huán)。主流的光刻機(jī)技術(shù)分為DUV和EUV，只有EUV技術(shù)能夠滿足10nm以下的制程工藝。

使用EUV光刻機(jī)進(jìn)行圓晶刻蝕的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)缺陷，處理隨機(jī)缺陷已經(jīng)成為了廠商們提高先進(jìn)制程良率的核心挑戰(zhàn)。

總的來(lái)說(shuō)，隨機(jī)缺陷被分為四類：線邊緣和線寬粗糙；CD均勻性誤差；疊加錯(cuò)誤以及邊緣短路或開(kāi)路。

“這些因素都會(huì)影響設(shè)備的性能、良率和可靠性” Fractilia 的 Mack 說(shuō)。

在缺陷檢查中，光學(xué)檢測(cè)工具與掃描電子顯微鏡（SEM）往往共同工作，以在線檢查可能存在的缺陷并將其分類。但SEM成像結(jié)果包含了實(shí)際粗糙度的同時(shí)也包含了由于SEM噪聲引起的粗糙度。傳統(tǒng)圖像處理過(guò)濾器會(huì)顯示平均粗糙度而不是實(shí)際粗糙度。

Mack解釋道：“舉例來(lái)講，在圓晶上可能會(huì)測(cè)到4.3nm的粗糙度，但還需要減去計(jì)量噪聲，最后會(huì)得到1.3nm的實(shí)際粗糙度。”

 Fractilia開(kāi)發(fā)了在頻域中運(yùn)行的檢測(cè)工具，使用功率譜密度來(lái)查看粗糙度。借助這一工具，檢測(cè)者可以通過(guò)測(cè)得的粗糙度對(duì)晶圓模型進(jìn)行反向建模，然后通過(guò)分析查找每一處隨機(jī)缺陷。并且該工具還為工程師提供了一種優(yōu)化SEM使用的方法，使來(lái)自不同供應(yīng)商的工具得以匹配。

在高級(jí)邏輯芯片上，從幾百萬(wàn)個(gè)到幾十億個(gè)過(guò)孔中準(zhǔn)確找到丟失的過(guò)孔或觸點(diǎn)對(duì)良率工程師來(lái)說(shuō)也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，光學(xué)檢測(cè)工具的供應(yīng)商大幅更新了他們的工具和軟件，以檢測(cè)越來(lái)越多且越來(lái)越小的缺陷。

并且隨著人工智能加入到軟件中，這些缺陷得以被更好的標(biāo)識(shí)出來(lái)。

對(duì)于這樣龐雜的電路中可能出現(xiàn)的缺陷，最麻煩的就是工程師無(wú)法確定哪些區(qū)域需要關(guān)注。目前對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域的確定，有兩種方法：第一種是通過(guò)吸收歷史經(jīng)驗(yàn)，將此前高頻出現(xiàn)缺陷的為止標(biāo)記為重點(diǎn)區(qū)域。第二種方法則是從IC設(shè)計(jì)文件中找到可能的薄弱位置，然后軟件將會(huì)獲取所有區(qū)域并自動(dòng)生成重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

例如，KLA和IBM Reserch的工程師最近開(kāi)發(fā)了一種基于充分陣列的分箱技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)缺陷檢測(cè)將缺陷與晶圓位置相關(guān)聯(lián)。通過(guò)這一技術(shù)，工程師發(fā)現(xiàn)了此前的工具沒(méi)有標(biāo)記的通孔，并通過(guò)追溯晶圓上的特定區(qū)域，找到了RIE步驟存在的問(wèn)題。

在這項(xiàng)研究中，IBM和KLA的工程師合作開(kāi)發(fā)了一種用于捕獲BEOL邏輯器件中缺失過(guò)孔的方法。工程師們使用KLA的檢測(cè)方法在RIE的通孔鏈圖案上的每個(gè)通孔周圍定義需要關(guān)注的區(qū)域，以提高對(duì)丟失通孔缺陷的捕獲靈敏度。

然后使用寬帶等離子（BBP）光學(xué)工具檢查這些關(guān)注區(qū)域，最后在SEM審查工具上對(duì)缺陷進(jìn)行表征。該工具會(huì)按照類型對(duì)缺陷進(jìn)行分類。

根據(jù)結(jié)果顯示，通路鏈左側(cè)在頂部出現(xiàn)缺失，但右側(cè)缺失的通路則與底側(cè)相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)因此懷疑缺失通孔缺陷是由于先前的通孔蝕刻圖案未對(duì)準(zhǔn)而被阻塞造成的。

不過(guò)，采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這一存在于底部的缺陷，這意味著該策略可以更有效地檢測(cè)生產(chǎn)中缺失過(guò)孔的缺陷。

“BPP系統(tǒng)的檢查結(jié)果包括了分箱信息，這為工藝工程師提供了更多可操作數(shù)據(jù)，以便他們做出最佳的決策?！盞urada總結(jié)到。

AFM或?qū)⒊蔀榫刃?/p>

雖然在過(guò)去在光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)和SEM的配合下芯片制造的良率得到了較好的控制，但是在芯片先進(jìn)制程工藝越來(lái)越接近摩爾定律極限的背景下，需要更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)滿足良率控制的要求。

布魯克運(yùn)營(yíng)總監(jiān) Igor Schmidt 表示在當(dāng)芯片制程達(dá)到20nm以下后隨機(jī)缺陷將會(huì)變得越來(lái)越難以分類。而在檢測(cè)CMP后的凹陷和腐蝕等需要拓?fù)鋽?shù)據(jù)的地方，AFM變得尤其重要。

Igor Schmidt指出，雖然AFM（原子力顯微鏡）吞吐量比較低，但每小時(shí)仍然可以監(jiān)控高達(dá)340個(gè)為止，以進(jìn)行光刻、蝕刻或CMP工藝的工藝控制。

原子力顯微鏡（AFM）審查工具可以利用機(jī)器視覺(jué)坐標(biāo)，將從光學(xué)系統(tǒng)中獲取的圓晶圖數(shù)據(jù)指向可能出現(xiàn)缺陷的位置并對(duì)周圍區(qū)域進(jìn)行成像。

成像的結(jié)果會(huì)顯示該區(qū)域包括高度信息和粘性在內(nèi)的3D尺寸。

粘性數(shù)據(jù)將能夠更好地幫助檢測(cè)人員對(duì)缺陷進(jìn)行分類。就如同亂石堆和口香糖的表面都不平整，但代表的實(shí)際情況不同一樣。在芯片制造的缺陷檢測(cè)中，不同粘性的情況下的粗糙度可能指向不同的結(jié)果。

如果缺陷具有較大的高度差異和較大的粘性，表明是有機(jī)顆?；蚓酆衔锏袈湓诹藞A晶上。但如果在高度差異較大的情況下粘性較小，則說(shuō)明掉落在圓晶上的可能是硅顆?；蛘咚槠蝗绻霈F(xiàn)了孔隙卻沒(méi)有粘性，則表明可能是堆疊或者結(jié)晶缺陷；如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顆粒卻具有粘性，則表明某處機(jī)器或者油存在問(wèn)題。

“因此，對(duì)于缺陷分類來(lái)說(shuō)，這是一種強(qiáng)大的技術(shù)?！?Igor Schmidt說(shuō)。基于這一技術(shù)，廠商將能夠在先進(jìn)制程上對(duì)芯片制造中的缺陷進(jìn)行更詳細(xì)、準(zhǔn)確的分類，從而提高產(chǎn)品的良率。

雷峰網(wǎng)

參考鏈接：https://semiengineering.com/strategies-for-faster-yield-ramps-on-5nm-chips/

知情人士透露，如果談判一切順利，該收購(gòu)案可能最早在本周通過(guò)。目前高塔半導(dǎo)體的市值約為36億美元，英特爾的收購(gòu)價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該公司的市值，這使得該交易包括了巨額溢價(jià)。在華爾街日?qǐng)?bào)披露了該交易后，高塔半導(dǎo)體股票周一在盤(pán)后交易中上漲了49%。在15日晚英特爾確認(rèn)收購(gòu)后，高塔半導(dǎo)體總企業(yè)價(jià)值約為54億美元。

本次將被英特爾收購(gòu)的高塔半導(dǎo)體是一家在美國(guó)納斯達(dá)克上市的以色列公司。該公司涉足汽車、消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品、醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域，以色列，日本和美國(guó)擁有加工廠，其業(yè)務(wù)范圍與曾經(jīng)英特爾想收購(gòu)的格芯高度相似。如果該交易通過(guò)，將有利于英特爾加強(qiáng)其芯片代工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能。

自英特爾新任CEO Pat Gelsinger于2021年公布了英特爾IDM2.0發(fā)展規(guī)劃以來(lái)，確定英特爾未來(lái)仍然會(huì)在芯片制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)力以來(lái)，英特爾一直努力加強(qiáng)自身芯片代工能力以和臺(tái)積電等代工廠商競(jìng)爭(zhēng)。

去年7月曾一度傳出英特爾將收購(gòu)格芯的消息。如果該交易通過(guò)，英特爾將得到格芯專有技術(shù)和更成熟的產(chǎn)能。雖然最終該交易沒(méi)有達(dá)成，但英特爾的決心和野心可見(jiàn)一斑。

而后在2022年一月英特爾披露了在俄亥俄州投資至少200億美元建立工廠增加公司圓晶制造能力的計(jì)劃，根據(jù)規(guī)劃該地未來(lái)十年會(huì)建立包括八家工廠的的生產(chǎn)基地，支出可能達(dá)到1000億美元左右，可以看出英特爾對(duì)自身芯片代工產(chǎn)業(yè)相當(dāng)重視。雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)

據(jù)中芯國(guó)際介紹，銷售額與利潤(rùn)率的增加主要?dú)w功于2021年第四季度其產(chǎn)品組合變動(dòng)和芯片市場(chǎng)持續(xù)向好。

從中芯國(guó)際營(yíng)收來(lái)看，其主營(yíng)業(yè)務(wù)圓晶代工帶來(lái)的收入占總收入的89.5%，該業(yè)務(wù)主要收入來(lái)自亞洲。技術(shù)上，中芯國(guó)際的高端代工業(yè)務(wù)所占比例穩(wěn)中有升。其運(yùn)用了FinFET工藝的28納米代工業(yè)務(wù)在其總業(yè)務(wù)中占比18.6%，與2020年第四季度占比5%相比較有較大提升。

基于這樣的情況，中芯國(guó)際對(duì)未來(lái)比較樂(lè)觀，提出了在2022年第一季度環(huán)比增長(zhǎng)15~17%，利潤(rùn)率達(dá)到36%~38%的目標(biāo)。

中芯國(guó)際管理層對(duì)2021年的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)道：“2021年是中芯發(fā)展歷程中極不平凡的一年?！睂?duì)于未來(lái)規(guī)劃，中芯國(guó)際管理層提出，未來(lái)中芯國(guó)際會(huì)持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)能擴(kuò)大，推進(jìn)現(xiàn)有老廠的擴(kuò)建和三個(gè)新廠項(xiàng)目的落地。預(yù)計(jì)20222年的產(chǎn)能增量會(huì)高于今年。

在過(guò)去的一年里，缺芯在全球蔓延。中芯國(guó)際抓住了機(jī)遇搶占市場(chǎng)缺口，在疫情和實(shí)體清單的雙重限制下仍然取得了傲人的增長(zhǎng)。在全球前四大純晶圓代工廠中，中芯國(guó)際是近年來(lái)成長(zhǎng)的最快的一個(gè)。

從中芯國(guó)際2021年第四季度的財(cái)報(bào)可以看出，中芯國(guó)際的發(fā)展情況良好，在全球缺芯的情況下，成功搶占了中低端線客戶，獲得了快速發(fā)展的機(jī)會(huì)。同時(shí)也在高端產(chǎn)品上發(fā)力，具有高技術(shù)門(mén)檻的28nm產(chǎn)品線在營(yíng)業(yè)額中所占比例越來(lái)越大，在14nm等更高級(jí)產(chǎn)品線上，中芯國(guó)際也在加速追趕。

在未來(lái)，中芯國(guó)際仍然要面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。全球新冠疫情持續(xù)肆虐，使供應(yīng)鏈?zhǔn)艿接绊憽Ｃ绹?guó)實(shí)體清單限制使得中芯國(guó)際的貿(mào)易環(huán)境變得艱難。但挑戰(zhàn)中也蘊(yùn)藏著機(jī)遇，在未來(lái)，中芯國(guó)際是否能夠在全球持續(xù)缺芯浪潮中找到機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)逆襲，讓我們拭目以待。雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)

“數(shù)字化轉(zhuǎn)型為半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)辟了一個(gè)充滿機(jī)遇的新世界，我們的全球技術(shù)研討會(huì)強(qiáng)調(diào)了我們?cè)鰪?qiáng)和擴(kuò)展技術(shù)組合的許多方法，以釋放客戶的創(chuàng)新，”臺(tái)積電CEO魏哲家在大會(huì)上說(shuō)道。

5nm家族添新成員，解決汽車計(jì)算需求

臺(tái)積電將其領(lǐng)先的工藝節(jié)點(diǎn)分為三個(gè)產(chǎn)品家族：7nm、5nm和即將推出的3nn工藝節(jié)點(diǎn)，正如許多人在過(guò)去幾年中注意到的那樣，臺(tái)積電自2018年推出7nm節(jié)點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)后，在芯片制造領(lǐng)域超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手取得領(lǐng)先地位，到今天也還是如此。

迄今為止，臺(tái)積電7nm芯片出貨已超過(guò)10億顆，已經(jīng)被納入越來(lái)越成熟的工藝。且隨著許多客戶遷移到更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，7nm產(chǎn)能增速放緩，預(yù)計(jì)2021年產(chǎn)能僅增加14%，與曾經(jīng)16nm工藝系列產(chǎn)能進(jìn)展類似。與之對(duì)應(yīng)的，目前代工廠主要專注于5nm和即將推出的3nm芯片產(chǎn)品。臺(tái)積電5nm工藝節(jié)點(diǎn)自2020年開(kāi)始量產(chǎn)，為數(shù)以億計(jì)的SoC提供動(dòng)力，一方面越來(lái)越多的公司設(shè)計(jì)更多5nm產(chǎn)品，另一方面臺(tái)積電擁有全球大約50%的EUV半導(dǎo)體設(shè)備，因此臺(tái)積電5nm進(jìn)展十分順利，更是在此次技術(shù)研討會(huì)上又添新成員——N5A。

臺(tái)積電官方介紹，N5A工藝旨在應(yīng)對(duì)當(dāng)今對(duì)計(jì)算能力需求不斷增加的汽車應(yīng)用，例如支持AI輔助駕駛和座艙數(shù)字化，N5A將當(dāng)今超級(jí)計(jì)算機(jī)中所使用的技術(shù)引入汽車，在滿足AEC-Q100 2 級(jí)以及其他汽車安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的可靠性要求的同時(shí)，滿足N5的性能、功率和邏輯密度。

由于有臺(tái)積電汽車設(shè)計(jì)平臺(tái)的支持，N5A計(jì)劃于2022年第三季度上市。

3nm明年量產(chǎn)，5G射頻將升級(jí)到6nm

臺(tái)積電也透露了其4nm和3nm的最新進(jìn)展。采用與N5幾乎近相同設(shè)計(jì)法則的4nm加強(qiáng)版在性能、功耗和集體管密度上均進(jìn)一步提升，通過(guò)邏輯的光學(xué)微縮、標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)規(guī)則的推動(dòng)，N4的晶體管密度較N5提升6%。臺(tái)積電還聲稱，N4自2020年技術(shù)研討會(huì)上宣布以來(lái)進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)2021年第三季度風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)。

3nm方面，依靠業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的FinFET晶體管架構(gòu)，得以實(shí)現(xiàn)最佳性能、功耗和成本效益，與N5相比，臺(tái)積電N3性能提升15%、功耗降低30%、邏輯密度增加70%，有望在2022年下半年開(kāi)始量產(chǎn)，同時(shí)成為世界上最先進(jìn)的芯片制造技術(shù)。

擁有龐大市場(chǎng)的手機(jī)SoC制程的更新?lián)Q代已不足為奇，如今5nm已經(jīng)成為旗艦手機(jī)的標(biāo)配，隨著臺(tái)積電3nm開(kāi)始量產(chǎn)，可以預(yù)測(cè)各家手機(jī)廠商的旗艦手機(jī)SoC也將更新至3nm。不過(guò)射頻芯片沒(méi)有像手機(jī)SoC制程一樣頻繁升級(jí)，依然使用16nm左右制程，但這一局面可能會(huì)在未來(lái)有所改變。

與4G相比，5G智能手機(jī)需要更大的芯片面積、消耗更多的電量才能提供更高的無(wú)線傳輸速率，支持5G的芯片集成很多功能和組件，尺寸變大且與電池競(jìng)爭(zhēng)空間。因此，本次研討會(huì)上，臺(tái)積電首次推出N6RF工藝，將其先進(jìn)的邏輯工藝的功耗、性能和面積優(yōu)勢(shì)帶到5G射頻（RF）和WiFi 6、WiFi 6E解決方案中，預(yù)計(jì)N6RF晶體管性能將比上一代16nm射頻技術(shù)高出16%以上。

此外，臺(tái)積電還稱，N6RF支持低于6GHz和毫米波頻段的5G射頻收發(fā)器，降低功耗和面積，且不會(huì)影響為消費(fèi)者提供的性能、功能和電池壽命臺(tái)積電N6RF還將增強(qiáng)WiFi 6/6E的性能和電源效率。

持續(xù)擴(kuò)展3DFabric先進(jìn)封裝

臺(tái)積電還公布了其在先進(jìn)封裝方面的最新進(jìn)展。

在高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域，臺(tái)積電將在2021年為其InFO_oS 和 CoWoS封裝解決方案提供更大的光罩尺寸，從而為小芯片和高帶寬內(nèi)存集成提供更大的二維平面。此外，臺(tái)積電的SoIC-CoW預(yù)計(jì)今年完成N7對(duì)N7的驗(yàn)證，并將于2022年在全新的全自動(dòng)化晶圓廠中開(kāi)始生產(chǎn)。

在移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，臺(tái)積電推出InFO_B解決方案，制造將強(qiáng)大的移動(dòng)處理器集成在薄而緊湊的封裝中，性能增強(qiáng)、電源效率變高，并支持移動(dòng)設(shè)備制造商在鳳裝飾的DEAM堆疊。

值得注意的是，在同期舉行的Computex大會(huì)上，AMD展示了其3D小芯片的首個(gè)應(yīng)用，并稱通過(guò)與臺(tái)積電的密切合作，其3D小芯片技術(shù)比當(dāng)前的3D封裝解決方案耗能更少，堆疊更靈活。AMD同時(shí)表示，有望在2021年底之前開(kāi)始生產(chǎn)具有3D小芯片的高端計(jì)算產(chǎn)品。

z注，文中圖片源自臺(tái)積電

本文參考連接：雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

https://www.anandtech.com/show/16732/tsmc-manufacturing-update

https://pr.tsmc.com/english/news/2831

巨頭之間的競(jìng)爭(zhēng)提出新的問(wèn)題，這些新節(jié)點(diǎn)投入量產(chǎn)究竟需要多長(zhǎng)時(shí)間，為什么需要這些新的節(jié)點(diǎn)工藝。

遷移到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)確實(shí)可以提升性能并減少功耗和面積（PPA），但這已不再是實(shí)現(xiàn)PPA的唯一方法。實(shí)際上，縮小特性對(duì)PPA的好處可能不如最小化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)移動(dòng)多。由于設(shè)備是為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此需要考慮的因素有許多，例如不同類型的高級(jí)封裝、硬件和軟件更緊密集成以及處理不同數(shù)據(jù)類型和功能的混合處理元件。

隨著越來(lái)越多的設(shè)備連接在一起，越來(lái)越多可用程序的出現(xiàn)，我們看到數(shù)據(jù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，還看到了完全不同的工作負(fù)載，隨著數(shù)據(jù)和不同使用模型的不斷發(fā)展，可以預(yù)計(jì)未來(lái)的工作負(fù)載會(huì)有更多變化。英特爾副總裁設(shè)計(jì)支持部總經(jīng)理加里·巴頓（Gary Patton）在SEMI最近召開(kāi)的先進(jìn)半導(dǎo)體制造大會(huì)的一次主題演講中表示：“這種數(shù)據(jù)演進(jìn)正在推動(dòng)硬件革命，對(duì)計(jì)算的需要也與以往不同。技術(shù)節(jié)點(diǎn)向前演進(jìn)是絕對(duì)的，但這還不夠，我們還需要解決系統(tǒng)級(jí)的異構(gòu)集成，工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化、軟硬件之間的優(yōu)化，更重要地，需要持續(xù)推動(dòng)人工智能和新的計(jì)算技術(shù)?！?/p>

因此，盡管晶體管水平性能仍然是一個(gè)重要因素，但在從前沿來(lái)看，它只是眾多因素中的一個(gè)，不過(guò)至少在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)里，這依然是最大的芯片制造商不愿意放棄或讓步的競(jìng)爭(zhēng)。三星最近披露了關(guān)于其即將推出3nm工藝的更多細(xì)節(jié)，該工藝基于下一代晶體管類型，稱為全柵極（GAA）FET。本月，IBM開(kāi)發(fā)了一種基于GAA-FET的2nm芯片。另外，臺(tái)積電正在開(kāi)發(fā)3nm和2nm，英特爾也在開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的工藝，所有這些公司都在開(kāi)發(fā)一種稱之為納米片F(xiàn)ET的GAA FET，其性能優(yōu)于當(dāng)今的FinFET晶體管，但也更難制造、更加昂貴。

圖1：平面晶體管與FinFET以及GAA FET，來(lái)源：Lam Research

預(yù)計(jì)3nm的生產(chǎn)將于2022年中開(kāi)始，2nm的生產(chǎn)將在2023年或2024年之前完成，因此業(yè)界需要為這些技術(shù)做好準(zhǔn)備。不過(guò)目前的情況令人疑惑，關(guān)于新節(jié)點(diǎn)和新功能的官方公告并不完全像它們看起來(lái)的那樣。一方面，行業(yè)繼續(xù)在不同的節(jié)點(diǎn)上使用傳統(tǒng)的編號(hào)方案，但術(shù)語(yǔ)并沒(méi)有真正反映出哪家公司領(lǐng)先，另一方面，芯片制造商在所謂的3nm節(jié)點(diǎn)上朝著不同的方向發(fā)展，并不是所有3nm技術(shù)都一樣。

這樣做的好處是每個(gè)新節(jié)點(diǎn)都是特定應(yīng)用。在過(guò)去的幾個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)中，晶體管密度提升正在放緩，且性價(jià)比在不斷下降，而且很少有公司能夠負(fù)擔(dān)得起僅基于最新節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造能力。另一方面，開(kāi)發(fā)這些工藝的成本飛漲，配備先進(jìn)晶圓廠的成本也在飛速增長(zhǎng)。如今，三星和臺(tái)積電是僅有的兩家能夠制造7nm和5nm芯片的供應(yīng)商。

此后，晶體管結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生變化。三星和臺(tái)積電正基于當(dāng)今的FinFET生產(chǎn)7nm和5nm的芯片，三星將轉(zhuǎn)向3nm的納米片F(xiàn)ET，英特爾也在開(kāi)發(fā)GAA技術(shù)，臺(tái)積電計(jì)劃將FinFET擴(kuò)展到3nm，然后在2024年左右遷移到2nm納米片F(xiàn)ET。

IBM也正在開(kāi)發(fā)使用納米片的芯片，但是該公司已經(jīng)幾年沒(méi)有生產(chǎn)自己的芯片了，目前將其生產(chǎn)外包給三星。

逐漸混淆的工藝節(jié)點(diǎn)命名規(guī)則

近十年來(lái)集成電路行業(yè)一直試圖跟上摩爾定律，力爭(zhēng)每18到24個(gè)月芯片中的晶體管密度翻一番。晶體管就像芯片中的開(kāi)關(guān)一樣，由源極、漏極和柵極組成。在具體功能實(shí)現(xiàn)中，電子從源極流向漏極，并由柵極控制。有些芯片在同一個(gè)設(shè)備中有數(shù)十億個(gè)晶體管。

盡管非常艱難，芯片制造商還是以18到24個(gè)月的周期推出了一種晶體管密度更高的新工藝技術(shù)，從而降低每個(gè)晶體管的成本。以這種節(jié)點(diǎn)節(jié)奏，芯片制造商將晶體管的規(guī)格擴(kuò)展了0.7倍，從而使該行業(yè)在同等功率的情況下提供40%的性能提升和50%的面積縮減，這個(gè)公式催生了快而新且功能更豐富的芯片。

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)數(shù)字標(biāo)識(shí)。幾年前，節(jié)點(diǎn)的命名基于一個(gè)關(guān)鍵晶體管指標(biāo)，即柵極長(zhǎng)度?！袄?，基于0.5微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)的晶體管，柵極長(zhǎng)度就是0.5微米”，Lam Research大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Nerissa Draeger解釋說(shuō)。

隨著時(shí)間的推進(jìn)，柵極長(zhǎng)度縮放速度變慢，并在某些時(shí)候，它與相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)名稱并不匹配。Draeger說(shuō)：“多年來(lái)，技術(shù)節(jié)點(diǎn)的定義不斷發(fā)展，現(xiàn)在被認(rèn)為更像是一個(gè)世代的名字，而不是任何關(guān)鍵維度的衡量標(biāo)準(zhǔn)”，Draeger說(shuō)。

一段時(shí)間以來(lái)，節(jié)點(diǎn)名稱已經(jīng)成為純粹的營(yíng)銷名稱。例如，5nm是當(dāng)今最先進(jìn)的工藝，但5nm的規(guī)格還沒(méi)有達(dá)成一致，3nm、2nm等也是如此，當(dāng)供應(yīng)商對(duì)節(jié)點(diǎn)使用不同的定義時(shí)，就更讓人困惑了。英特爾正以10nm工藝生產(chǎn)芯片，這大致相當(dāng)于臺(tái)積電和三星的7nm工藝。

多年來(lái)，供應(yīng)商或多或少地遵循國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）定義晶體管微縮規(guī)格。2015年，ITRS的工作被叫停，業(yè)界只能自己定義規(guī)格。取而代之的是，IEEE實(shí)施了設(shè)備和系統(tǒng)的國(guó)際路線圖（IRDS），該路線圖的重點(diǎn)是延續(xù)摩爾定律（More Moore）和超越摩爾定律（More Than Moore）。

Draeger說(shuō)：“不變的是，我們期望節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展能夠帶來(lái)更好設(shè)備性能，更高的電源效率和更少的制造成本?！?/strong>

這并非易事，多年來(lái)，供應(yīng)商一直使用傳統(tǒng)的平面晶體管來(lái)開(kāi)發(fā)芯片，但這一結(jié)構(gòu)在10年前的20nm處就已經(jīng)觸礁。平面晶體管仍用于28nm / 22nm及以上的芯片制造，但業(yè)界需要一種新的解決方案，這也就是為什么英特爾在2011年推出了22nm的FinFET，晶圓制造廠緊隨其后推出了16nm / 14nm的FinFET。在FinFET中，電流的控制是通過(guò)在Fin的三個(gè)邊的每個(gè)邊上實(shí)現(xiàn)一個(gè)柵極來(lái)完成的。

FinFET使業(yè)界能夠繼續(xù)進(jìn)行芯片微縮，但它們也更復(fù)雜、功能更小，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本不斷攀升。根據(jù)IBS首席執(zhí)行官漢德?tīng)枴き偹梗℉andel Jones）的說(shuō)法，設(shè)計(jì)一款“主流” 7nm芯片的成本為2.17億美元，而設(shè)計(jì)一款28nm芯片的成本為4000萬(wàn)美元。在這種情況下，成本是在一項(xiàng)技術(shù)投產(chǎn)后的兩年或兩年以上后確定的。

7nm及以下，靜態(tài)泄漏再次成為問(wèn)題，功率和性能效益也開(kāi)始減少?，F(xiàn)在，性能提升在15％到20％的范圍內(nèi)。

在制造方面，F(xiàn)inFET需要更復(fù)雜的工藝、新材料和不同的設(shè)備。這反過(guò)來(lái)又會(huì)提高制造成本?！比绻惆?5nm和5nm進(jìn)行比較，今天我們會(huì)看到晶圓成本增加了5倍。這是由于所需處理步驟增加所致”，TEL America副總裁兼副總經(jīng)理本·拉特薩克（Ben Rathsack）說(shuō)。

隨著時(shí)間的推移，擁有生產(chǎn)尖端芯片資源或能夠看到其價(jià)值的公司越來(lái)越少。如今，GlobalFoundries、三星、中芯國(guó)際、臺(tái)積電、UMC和英特爾正在生產(chǎn)16nm/14nm的芯片(英特爾稱之為22nm）。但只有三星和臺(tái)積電有能力制造7nm和5nm的芯片。英特爾仍在開(kāi)發(fā)7nm及更高版本，中芯國(guó)際也在開(kāi)發(fā)7nm。

從FinFET轉(zhuǎn)向納米片

在3nm及以下時(shí)，微縮變得更加困難。開(kāi)發(fā)可靠且符合規(guī)范的低功耗芯片面臨一些挑戰(zhàn)。此外，IBS的數(shù)據(jù)顯示，開(kāi)發(fā)主流3nm芯片設(shè)計(jì)的成本高達(dá)5.9億美元，而5nm器件的成本為4.16億美元。

在制造方面，代工廠的客戶可以在3nm走兩條不同的路，但同樣要面臨艱難的選擇和各種權(quán)衡。

臺(tái)積電計(jì)劃通過(guò)縮小5nm FinFET的尺寸來(lái)將FinFET擴(kuò)展到3nm，盡可能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫過(guò)渡。IBS的瓊斯說(shuō)：“ TSMC計(jì)劃在2022年第三季度為蘋(píng)果公司提供3nm FinFET的量產(chǎn)，計(jì)劃在2023年實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算?！?/p>

不過(guò)，這是一項(xiàng)短期策略。當(dāng)鰭片寬度達(dá)到5nm（等于3nm節(jié)點(diǎn)）時(shí)，F(xiàn)inFET將接近實(shí)際極限。根據(jù)新的IDRS文件，3nm節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于16nm至18nm的柵極長(zhǎng)度，45nm的柵極間距和30nm的金屬間距。相比之下，5nm節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于18nm至20nm的柵極長(zhǎng)度，48nm的柵極間距和32nm的金屬間距。

一旦FinFET碰壁，芯片制造商將遷移到納米片F(xiàn)ET。三星從一開(kāi)始就采用3nm的納米片F(xiàn)ET，根據(jù)IBS的數(shù)據(jù)，該產(chǎn)品定于2022年第四季度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

IBS還稱，臺(tái)積電計(jì)劃在2024年推出2nm的納米片F(xiàn)ET。英特爾也在開(kāi)發(fā)GAA。多家無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)公司正在研究3nm和2nm器件，蘋(píng)果等公司計(jì)劃將該技術(shù)用于下一代器件。

納米片F(xiàn)ET是從FinFET進(jìn)化而來(lái)的。在納米片中，來(lái)自FinFET的鰭被放在其側(cè)面，然后被分成單獨(dú)的水平片。片與片之間形成通道。第一納米片F(xiàn)ET將可能具有3個(gè)左右的片，用一扇門(mén)包裹著所有的薄片或通道。

納米片在結(jié)構(gòu)的四個(gè)側(cè)面上實(shí)現(xiàn)了柵極，比FinFET能夠更好地控制電流。Leti的高級(jí)集成工程師Sylvain Barraud說(shuō)：“除了具有更好的柵極控制能力（與FinFET相比）以外，GAA堆疊的納米片F(xiàn)ET還具有更高的有效溝道寬度，從而提供了更高的DC性能?！?/p>

相對(duì)于FinFET，納米片F(xiàn)ET還具有其他優(yōu)勢(shì)。在FinFET中，器件的帶寬被量化，這影響了設(shè)計(jì)的靈活性。在納米片中，IC供應(yīng)商有能力改變晶體管中片的寬度。例如，具有更寬薄片的納米片提供了更多的驅(qū)動(dòng)電流和性能。窄的納米片具有較小的驅(qū)動(dòng)電流，但占用的面積較小。

“寬范圍的可變納米片寬度提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性，對(duì)于FinFET來(lái)說(shuō)由于鰭片數(shù)量不連續(xù)，更加靈活的設(shè)計(jì)性是不可能的。最后，由于使用不同的功函數(shù)金屬，GAA技術(shù)還提出了多種閾值電壓特性”， Barraud說(shuō)。

首批3nm器件開(kāi)始以早期測(cè)試芯片的形式出現(xiàn)，在最近的一次活動(dòng)中，三星披露了基于3nm納米片技術(shù)的6T SRAM的開(kāi)發(fā)。這個(gè)設(shè)備解決了一個(gè)主要問(wèn)題，SRAM微縮了器件的面積，但同時(shí)也增加了位線（BL）電阻。作為響應(yīng)，三星將自適應(yīng)雙BL和電池供電輔助電路集成到SRAM中。

三星研究員Taejoong Song在論文中說(shuō)：“提出了一種全能的SRAM設(shè)計(jì)技術(shù)，該技術(shù)可以在功耗、性能和面積之外，更自由地提高SRAM容限。此外，提出了SRAM輔助方案來(lái)克服金屬電阻，從而最大限度地提高了GAA器件的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

同時(shí)，IBM最近展示了一種處于測(cè)試階段的2nm芯片。該器件基于納米片F(xiàn)ET，可以集成多達(dá)500億個(gè)晶體管，每個(gè)晶體管由三個(gè)納米片組成，每個(gè)納米片的寬度為14nm，高度為5nm?？偟膩?lái)說(shuō)，該晶體管具有44nm的接觸多晶硅間距和12nm的柵極長(zhǎng)度。

IBM仍在研發(fā)中，目標(biāo)是在2024年推出該芯片。但在任何節(jié)點(diǎn)上，納米片器件在投入生產(chǎn)之前都面臨若干挑戰(zhàn)。IBM混合云研究副總裁Mukesh Khare說(shuō)：“挑戰(zhàn)的數(shù)量沒(méi)有限制。我想說(shuō)最大的挑戰(zhàn)包括泄漏。如何降低功率？當(dāng)薄板厚度為5nm且通道長(zhǎng)度為12nm時(shí)，如何提高小尺寸的性能？如何在2nm內(nèi)獲得合理的RC效益？最后，芯片必須優(yōu)于先前的節(jié)點(diǎn)。”

制造納米片F(xiàn)ET是困難的?！霸谌荛T(mén)納米片/納米線中，我們必須在看不見(jiàn)的結(jié)構(gòu)下進(jìn)行處理，而在該結(jié)構(gòu)下進(jìn)行測(cè)量更具挑戰(zhàn)性。這將是一個(gè)更加困難的過(guò)渡，” Lam Research計(jì)算產(chǎn)品副總裁David Fried說(shuō)。

在工藝流程中，納米片F(xiàn)ET首先在襯底上形成超晶格結(jié)構(gòu)，外延工具在襯底上沉積硅鍺（SiGe）和硅（Si）的交替層。

這需要極端的過(guò)程控制?！皩?duì)每一對(duì)Si / SiGe的厚度和成分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，這些參數(shù)是器件性能和量產(chǎn)良率的關(guān)鍵。” Bruker產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Lior Levin說(shuō)?！?/p>

下一步是在超晶格結(jié)構(gòu)中開(kāi)發(fā)微小的垂直鰭片。然后，形成內(nèi)墊片，形成源極/漏極，接著進(jìn)行溝道釋放工藝。柵極被開(kāi)發(fā)出來(lái)，形成納米片F(xiàn)ET。

圖2：堆疊納米片F(xiàn)ET的工藝流程。資料來(lái)源：Leti/半導(dǎo)體工程

晶體管微縮競(jìng)爭(zhēng)之外，異構(gòu)集成競(jìng)爭(zhēng)同樣激烈

晶體管微縮只是方程式的一部分。伴隨晶體管未做競(jìng)爭(zhēng)的持續(xù)，異構(gòu)集成方面的競(jìng)爭(zhēng)也同樣激烈，許多最先進(jìn)的架構(gòu)不僅包含在單個(gè)制程節(jié)點(diǎn)上開(kāi)發(fā)單片芯片，還包含許多處理元件，包括一些高度專用的元件和不同類型的存儲(chǔ)器。

英特爾的巴頓說(shuō)：“分布式計(jì)算正在推動(dòng)另一個(gè)趨勢(shì)，即越來(lái)越多特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)。我們看到的另一個(gè)趨勢(shì)是從整體上分解出特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，主要由人工智能驅(qū)動(dòng)，并且為提高效率而量身定制?！?/p>

將復(fù)雜模塊集成到一個(gè)封裝中的先進(jìn)封裝方式正在發(fā)揮作用?！艾F(xiàn)在，封裝創(chuàng)新開(kāi)始在提高產(chǎn)品性能方面發(fā)揮更大的作用。”巴頓說(shuō)。

“從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能、功率和面積肯定涉及到更多因素，” Arm公司技術(shù)副總裁兼專家Peter Greenhalgh說(shuō)：“如果世界僅依靠晶圓廠來(lái)獲得全部收益，您將非常失望。Arm提供了一種LEGO設(shè)計(jì)。該樂(lè)高積木被添加到其他樂(lè)高積木中，以構(gòu)建一個(gè)非常有趣的芯片。有許多昂貴的方法可以做到這一點(diǎn)，但也將在一定程度上實(shí)現(xiàn)商品化和協(xié)調(diào)化。”

向異構(gòu)架構(gòu)過(guò)渡的同時(shí)，還擴(kuò)展了邊緣范圍，涵蓋了從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到各種級(jí)別的服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的所有方面，以及Google、阿里巴巴、AWS和Apple等系統(tǒng)公司將設(shè)計(jì)自己的硬件，以優(yōu)化龐大數(shù)據(jù)中心內(nèi)部特定數(shù)據(jù)流。這掀起了狂熱的芯片設(shè)計(jì)活動(dòng)，將定制和非定制硬件，非標(biāo)準(zhǔn)程序包以及各種方法（例如內(nèi)存和近內(nèi)存處理）結(jié)合在一起，這些方法過(guò)去從未獲得過(guò)廣泛的關(guān)注。它還著重于如何對(duì)處理進(jìn)行分區(qū)，哪些組件和流程需要在微體系結(jié)構(gòu)中確定優(yōu)先級(jí)，以及基于特定異構(gòu)設(shè)計(jì)的各種組件的最佳工藝節(jié)點(diǎn)是什么。

Greenhalgh說(shuō)：“視頻加速就是一個(gè)很好的例子。如果您是一家云服務(wù)器公司，并且要進(jìn)行大量的視頻解碼和編碼，那么您就不想在CPU上這樣做。您要在其中放置視頻加速器。這是一個(gè)范式轉(zhuǎn)變?！?/strong>

因此，存有更多不同種類的處理器元件，還有一些擴(kuò)展是現(xiàn)有處理器核心的開(kāi)發(fā)。

Synopsys的高級(jí)市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理Rich Collins表示：“我們一直有能力通過(guò)添加自定義指令或連接自定義加速器擴(kuò)展架構(gòu)（用于ARC處理器）?，F(xiàn)在的不同之處在于，越來(lái)越多的客戶正在利用這一優(yōu)勢(shì)。人工智能是一個(gè)時(shí)髦的詞，它意味著很多不同的東西，在這個(gè)術(shù)語(yǔ)后面，我們看到了很多變化，越來(lái)越多的公司在標(biāo)準(zhǔn)處理器上添加了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎?！?/p>

這些變化不僅僅是技術(shù)上的，也需要芯片公司內(nèi)部做成一些改變。從各種工程師團(tuán)隊(duì)的組成到公司本身的結(jié)構(gòu)。

英飛凌汽車高級(jí)副總裁Shawn Slusser表示：“過(guò)去，你會(huì)發(fā)明一堆產(chǎn)品，將它們放在一堆數(shù)據(jù)手冊(cè)中，然后人們會(huì)嘗試找到它們。由于設(shè)備的復(fù)雜性和使用壽命，這種方法不再見(jiàn)效?，F(xiàn)在，我們正在研究一種更像是半導(dǎo)體超級(jí)市場(chǎng)的模型。如果你想將現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界聯(lián)系起來(lái)，那么一切都可以在同一個(gè)地方得到，包括產(chǎn)品、人員和專業(yè)知識(shí)?！?/p>

較大的公司一直在內(nèi)部發(fā)展這種專業(yè)模式，這在蘋(píng)果的M1芯片中很明顯。M1是使用臺(tái)積電的5nm工藝開(kāi)發(fā)的，它集成了Arm V8內(nèi)核、GPU、自定義微體系結(jié)構(gòu)、神經(jīng)引擎和圖像信號(hào)處理器，所有這些都集成在一個(gè)系統(tǒng)級(jí)封裝中。盡管該設(shè)計(jì)的性能可能不如使用標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)基準(zhǔn)的其他芯片那樣出色，但運(yùn)行Apple應(yīng)用程序的性能和功耗方面的改進(jìn)顯而易見(jiàn)。

根據(jù)行業(yè)估計(jì)，截至今天已有約200家公司正在開(kāi)發(fā)或已經(jīng)開(kāi)發(fā)出加速器芯片，其中有多少能存活還不得而知，最終走向解體是不可避免的。在邊緣，汽車、安全系統(tǒng)、機(jī)器人、AR / VR甚至智能手機(jī)生成的數(shù)據(jù)太多，無(wú)法將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進(jìn)行處理。它花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，并且需要太多的功耗、內(nèi)存和帶寬。很多數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行預(yù)處理，硬件處理這些數(shù)據(jù)的優(yōu)化程度越高，電池壽命就越長(zhǎng)、功耗也就越低。

這就是為什么風(fēng)險(xiǎn)投資在過(guò)去幾年中一直向硬件初創(chuàng)公司投入資金的原因。在接下來(lái)的12到24個(gè)月內(nèi)，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域投資將顯著減少。

Flex Logix首席執(zhí)行官Geoff Tate表示：“合理推斷，隨著公司進(jìn)入市場(chǎng)并與客戶互動(dòng)，這一窗口將開(kāi)始關(guān)閉。在接下來(lái)的12個(gè)月中，投資者將開(kāi)始獲得真正的數(shù)據(jù)，看看哪種架構(gòu)真正獲勝。在過(guò)去的幾年里，誰(shuí)擁有最好的PPT是關(guān)鍵?？蛻魧⒓铀僖暈檫\(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的必要條件，對(duì)于模型來(lái)說(shuō)，它將運(yùn)行多快，需要多少功率以及要花費(fèi)多少成本？ 他們將依據(jù)這些條件選出最適合自己比賽或符合條件的模型?！?/p>

設(shè)計(jì)也在云端發(fā)生變化。在云計(jì)算中，更快的處理以及準(zhǔn)確確定處理地點(diǎn)的能力可能會(huì)對(duì)能效以及數(shù)據(jù)中心的容量產(chǎn)生重大影響。例如，不只是將DRAM連接到一顆芯片上，DRAM還可以在許多服務(wù)器之間共享，從而使工作負(fù)載可以分布在更多計(jì)算機(jī)上。這不僅為負(fù)載平衡提供了更高的粒度，而且還提供了散熱的方式，從而減少了對(duì)冷卻的需求，并有助于延長(zhǎng)服務(wù)器的使用壽命。

Rambus資深研究員、發(fā)明家史蒂文·伍（Steven Woo）說(shuō)：“其中一些數(shù)據(jù)中心中有成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，全球有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)在，你得想辦法將它們捆綁在一起。有一些新技術(shù)即將問(wèn)世。一種是DDR5，它具有更高的電源效率，更遙遠(yuǎn)一點(diǎn)的是Compute Express Link（CXL）。長(zhǎng)期以來(lái)，能夠放入服務(wù)器的內(nèi)存量是有限的，但現(xiàn)在由于能夠在云中執(zhí)行更多工作并租用虛擬機(jī)，工作負(fù)載的范圍要大得多。CXL使你能夠在系統(tǒng)中擁有基本配置，還可以擴(kuò)展可用的內(nèi)存帶寬和容量。因此，現(xiàn)在你可以突然支持比以前更大范圍的工作負(fù)載。”

結(jié)論

爭(zhēng)奪更加先進(jìn)的幾個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)仍在繼續(xù)。剩下的問(wèn)題是，當(dāng)公司可以通過(guò)其他方式獲得足夠的收益時(shí)，哪些公司愿意花時(shí)間和金錢在這些節(jié)點(diǎn)上開(kāi)發(fā)芯片。

不同市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)和動(dòng)態(tài)正在迫使芯片制造商評(píng)估如何以最大的投資回報(bào)率來(lái)最好地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)機(jī)會(huì)，在某些情況下，這可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出開(kāi)發(fā)先進(jìn)芯片的成本。實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)有很多選擇，到達(dá)同一目標(biāo)的方法通常也不止一種。

雷鋒網(wǎng)編譯，原文作者M(jìn)ark LaPedus and Ed Sperling雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

原文鏈接https://semiengineering.com/the-increasingly-uneven-race-to-3nm-2nm/