台積電3奈米真卡關?業界曝救命計畫

外媒近日指出,由於台積電3奈米製程卡關,蘋果下一代iPhone處理器A16晶片,將延用台積電5奈米製程,創連續3年使用同一個製程的狀況,台積電也回應,不評論市場傳聞,重申 3 奈米製程按計畫進行。不過,業界認為,蘋果可能也考量到成本關係,才會推遲手機晶片採用3奈米製程,至於台積電也為了改善成本,針對極紫外光(EUV)推動改善計畫,以及改良EUV機台設計,還有導入先進封裝,讓3奈米製程有更多的客戶願意採用。

據《工商》報導,3奈米製程面臨晶片設計複雜度以及晶圓代工成本飆高等問題,更因為EUV曝光機採購成本創新高,產出吞吐量(throughput)提升速度放緩,讓3奈米晶圓代工報價恐達近3萬美元。

此外,EUV機台透過特殊的反射鏡進行傳送,耗電量達深紫外光微影(DUV)機台10倍以上,來達到最後剩下2%的光能進行曝光,台積電透過機台程式修正,將EUV光脈衝能量最佳化,並重新設計反射結構,有效提升3%反射率;台積電還分析二氧化碳雷射系統放大器的運轉數據,採用變動頻率取代固定頻率的運作模式,進一步強化放大器10%能源使用效率。台積電也提升EUV機台5%能源使用效率,預計用在生產3奈米製程的機台上。

業界透露,台積電將啟動EUV持續改善計畫(CIP),在維持摩爾定律進程上,希望在增加晶片尺寸同時,減少先進製程EUV光罩使用道數。

荷商半導體生產設備商、獨家供應EUV曝光機的艾司摩爾(ASML),今年下半年推出的NXE:3600D價格高達1.4~1.5億美元,每小時吞吐量達160片12吋晶圓,基於5奈米製程的4奈米進行改良,EUV光罩層大約在14層之內,3奈米製程將達25層,導致成本暴增,不是所有的客戶都願意採用。

台積電透過CIP有機會降至20層,雖然晶片尺寸將略為增加,但是有助於降低生產成本與晶圓代工報價,讓客戶更有意願導入3奈米製程。

從semiwiki統整資料顯示,台積電在開放創新論壇(OIP)釋出更多先進製程推進數據,3奈米製程在開放創新夥伴的設計技術協同優化 (DTCO)下,目標PPA較5奈米邏輯密度增加1.6倍、傳輸速度提升11%,節能27%。目前該平台關於3奈米製程以下的技術檔案達3萬8000個,開發中製程設計套件也超過2600個。

不僅是先進製程,台積電整合旗下包括SoIC(系統整合晶片)、InFO(整合型扇出封裝技術)、CoWoS(基板上晶片封裝)等3DIC技術平台,命名為「TSMC 3DFabric」,提供業界最完整且最多用途的解決方案,可能採用台積電3奈米的美國處理器大廠AMD,以及台灣的IC設計龍頭聯發科,從高效能運算(HPC)領域的3D IC、手機AP的Fan-out封裝,都需要TSMC 3DFabric支援。

台積電總裁魏哲家在今年10月法說指出,將延用鰭式場效電晶體(FinFET)架構,提供客戶最成熟的技術、最好的效能及最佳的成本,台積電3奈米推進時程也符合預期,已開發完整平台支援高效能運算(HPC)及智慧型手機應用。

魏哲家指出,3奈米製程節點有許多客戶參與,相較於5奈米世代,預期首年會有更多新的產品設計定案(tape-out)

魏哲家表示,台積電3奈米製程2021年下半年試產,2022年下半年量產,由於製程上更為複雜,須要採用更多新設備,到時候成本一定比5奈米製程高,預期2023年第一季將明顯貢獻營收,強化版的3奈米N3E製程量產則是預定在3奈米推出1年後。

至於《The Information》報導提到,台積電就算最新製程延遲,仍有望成為首家生產3奈米製程的業者,超前英特爾、高通等晶片製造商,但蘋果iPhone 14恐怕無法如市場預期的採用3奈米製程生產處理器晶片。

台積電日前推出4奈米N4P製程,做為台積電5奈米家族的第3個主要強化版本,N4P的效能較原先的N5增快11%,也較N4增快6%。相較於N5,N4P的功耗效率提升22%,電晶體密度增加6%。同時,N4P藉由減少光罩層數來降低製程複雜度且改善晶片的生產周期,展現了台積電持續追求及投資提升製程技術的成果。

市場消息也指出,N4P基本上就是2022年蘋果新一代iPhone所搭載A16晶片所需製程。供應鏈透露, A16晶片將有架構上大幅更動,採用N4P製程可以透過小晶片封裝(Chiplet),再增加晶片的電晶體集積度(Density)、降低成本,更可以提高運算效能及有效降低功耗。

最新消息指出,蘋果計畫2023年推出第3代M系列處理器晶片,代號分別為Ibiza、Lobos及Palma,採用3奈米製程,,CPU核心數將達40個以上,遠遠超越M1 Pro及M1 Max的10核心設計。其中,前2款產品為MacBook Pro及Mac桌機打造,後面1款用於iPad及MacBook Air等產品,生產時程也符合台積電2022年下半年量產3奈米製程,2023年供應給客戶的預期。

(中時新聞網 呂承哲)


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