電子發燒友網報道(文/周凱揚)要說半導體市場在2024年最大的一場競賽,那肯定還是AI芯片與算力上的軍備競賽。可在經歷了一系列架構創新后,要想進一步提高芯片性能,還是得回到決定AI芯片的一大關鍵因素上來,也就是半導體制造工藝。
在英特爾宣布開展IDM 2.0后,芯片設計廠商們的選擇一下多了起來,英特爾、三星和臺積電都能為其提供優異的工藝解決方案。尤其是英特爾近年來拼了命地追趕,寧肯下血本,也要把IFS做起來,甚至目標是做到第一。可與此同時,臺積電也沒有放慢腳步,N3P和N3X等節點穩步推進,N2也在臨近風險試產,兩者之間的競爭也進入了白熱化階段。
英特爾18A,重新奪回工藝領先
英特爾過去在半導體工藝領域比較保守,尤其是在臺積電和三星發力購買EUV機器投入使用的時期,英特爾則還在忙于外部收購拓展業務和股票回購,而這些活動對于制造先進半導體工藝來說毫無益處,也致使其制造工藝與設備大幅落后于競爭對手。
在IDM 2.0計劃公布后,一改過去相對保守的策略,英特爾在工藝節點的推進上可以說是激進的,四年五個節點的計劃看起來并不現實,哪怕是英特爾CEO Pat Gelsinger自己也強調摩爾定律的周期已經放慢至三年。然而英特爾現在的行動是在趕自己落下的進度,在一系列砸錢建廠購買EUV機器的瘋狂下,英特爾這個目標似乎又是完全可行的。
英特爾CEO Pat Gelsinger在去年底接受采訪時表示,英特爾的18A工藝與臺積電的N2不相上下,甚至憑借優秀的晶體管設計和功率傳輸特性,要略領先于臺積電N2。不僅如此,英特爾可以提供更低封裝成本的方案,英特爾也計劃在18A工藝的協助下,再度躋身全球最頂尖的半導體工藝廠商。
要知道英特爾在20A和18A工藝節點上,用上了最先進的GAA以及背面供電技術,而反觀臺積電的N3系列節點,卻只是臺積電在N5工藝上的正常技術演進而已。要知道如今的先進工藝已經不再是一味地追求晶體管密度了,減少成本、提高良率以及散熱性能,也是開發工藝的關鍵因素。
在把試產窗口提前半年后,英特爾的18A將會在今年上半年進入試生產的階段,至于量產,如果進展順利的話,則可能在年底實現,但從一般晶圓廠的工藝進程來看,預計18A還是有可能延后至2025年初開始量產。
臺積電N3P保守打平18A,N2仍是勁敵
臺積電對于既是客戶又是競爭對手的英特爾,自然不可能這般輕易地讓出第一的寶座。鑒于臺積電的N3P工藝與英特爾的18A工藝計劃同時期量產,所以經常被人拿出來做對比。根據Wiki Chip和Anandtech給出的晶體管密度和提升幅度,N3P的晶體管密度大概為224.2MTr/mm2,相當優秀。
在今年臺積電的第四季度財報會議上,魏哲家再度表示,他們進一步核查了所有的規格以及晶體管技術等,可以確認英特爾的18A工藝與臺積電的N3P工藝處于同一水平。魏哲家并沒有明說其在什么技術指標上處于同一水平,我們也只好假設兩者在晶體管密度或PPA在同一水平。
魏哲家指出雖然N3P與18A都是在明年下半年推出,臺積電在技術成熟度上要更為領先一些,畢竟N3P只不過是N3工藝節點的改良版而已,臺積電已經在N3上打磨了足夠長的時間,而18A和20A可是英特爾首次嘗試GAA和PowervVia背面供電。至于臺積電的N2,他指出哪怕是沒有運用背面供電的版本,也能在PPA上全面超越N3P和18A。
臺積電董事長劉德音更是在魏哲家發言后補充,他認為魏哲家的描述還是太謙虛了,并再次確認臺積電的N3P與英特爾的18A相差無幾。與此同時,他也鼓勵大家從另一個角度來看待兩者之間的競爭關系。英特爾的18A極有可能是先在自己的產品上投入使用,而臺積電干了這么多年的晶圓代工,大家都知道除非是產能緊缺,最新的工藝客戶都能用上,也會根據客戶的產品去優化他們的晶圓代工工藝。
這恰恰是英特爾的弱勢所在,他們的工藝追趕和客戶開發是幾乎同步進行的,但臺積電已經有了業界領先的口碑,與一眾EDA/IP廠商成立了聯盟,其設計與制造生態目前都要優于英特爾。
同時,英特爾的18A工藝仍在使用0.33NA的EUV機器,而臺積電已經擁有了該規格機器的充分使用經驗。在改善流程、良率和能效等經驗上,臺積電絕對要比英特爾更加老到。據傳索尼日本的CIS晶圓廠良率始終無法提升,于是找到了臺積電這個合作建廠的外援,臺積電派了20位熊本晶圓廠的工程師去協助,僅一月時間就將良率從8成提高至9成左右。
英特爾的殺手锏或許還未公開
雖說看起來臺積電還是占據了絕對優勢,但英特爾或許也會在今年公開后續的殺手锏,也就是18A之后的工藝路線圖。英特爾已經宣布將在2月底舉辦IFS Direct Connect活動,屆時可能會公開未來的先進工藝規劃,以及宣布達成合作的代工客戶等。
至于英特爾后續可能的16A,14A工藝,勢必會用到ASML的0.55NA EUV機器,要知道該信號目前尚未進入大規模量產期,而首批出貨的機器中英特爾也買下了大半。所以在18A之后,英特爾勢必會用上0.55NA的這批機器,且短期內生產規模可能高于臺積電,由此來看,英特爾還是有后來居上的機會。
但臺積電和英特爾也在時刻關注先進工藝開發帶來的風險,過去無論是英特爾還是三星,都有過翻車的經歷。而一旦翻車,調整優化工藝再追趕,就可能又得多花上一年的時間。而目前的英特爾還在積極開發客戶,顯然經受不起這樣的失敗。
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