日前,据日经亚洲报道,台积电已开始建设全球最尖端半导体2nm芯片的新工厂。
2022年夏季以来,半导体市场大幅下滑,但台积电并未放缓投资步伐。在台海局势备受关注的背景下,从最新图片可以看出尖端半导体在中国台湾的进一步集中。
在台积电总部后方的丘陵地带,在相当于约12个东京巨蛋体育场的约55万平方米的广阔面积内,云集中国台湾内外的众多相关企业,大大小小的高新技术企业鳞次栉比,几乎可以称得上是“台湾硅谷”般的存在。
而在园区内,一座计划开始制造2nm芯片的新厂房已悄然竣工。
相关供应商表示,2nm芯片工厂的投资额约为2万亿日元(约合人民币1045亿元)。台积电计划在这里建立四个这样的工厂。对于台积电来说,这也是有史以来最大的项目。建设工作的进度相当紧凑,因为该公司还计划在两年后的2025年尽快开始量产。
在全球半导体行业,尤其是最近三年,厂商之间的差距逐渐拉大。2020年春天,疫情在全球蔓延之际,台积电推动当时最先进的5nm芯片量产,引发业界沸腾。而与目前最先进的3nm芯片相比,2nm芯片的加工性能提升了10~15%。功耗可降低25%至30%,并可延长智能手机等的“待机时间”。
众所周知,2nm芯片的生产难度特别高,堪称硅芯片的终极之战。如果台积电成功实现量产,台积电占据全球尖端芯片市场90%以上份额的垄断地位或将进一步巩固,这对芯片行业也有着特殊的意义。在2nm芯片领域,除了传统半导体的技术进步缩小电子线路的线宽外,台积电有望在完全不同的层面上突破重大壁垒。
长期以来,半导体的发展一直基于以纳米为单位缩小半导体基板(晶圆)上电子电路的线宽。这是因为只要线宽更细,就可以贴装晶体管等更重要的元器件,通过提高加工速度可以提高半导体的性能。然而,自2020年5nm芯片开始量产以来,产业就面临困难。这是因为过去10年使用的被称为“FinFET”的半导体设计结构已经达到了极限。如果试图进一步减小电子电路的线宽,则经常会出现大量电流泄漏到不应流过的地方的现象。
为了防止这种电流泄漏,各个公司展开了激烈的竞争,开发了一种名为“纳米片(nanosheet)”的新型设计结构,称为环栅技术(gate-all-around,简称GAA),推广了很长时间。台积电为此开发工作了大约15年。
竞争对手的斗争
韩国最大的竞争对手三星电子也涉足5nm芯片,但“良品率没有提升,举步维艰”(日本供应商高管)。
美国的IBM、英特尔、也一直在推动2nm芯片的发展,但2nm芯片对加工技术要求极其精细,量产难度极大。2022年夏季成立的Rapidus Japan,为推进尖端半导体国产化,也从IBM获得了技术,力争实现量产,但能否成功还是未知数。
2022年底,台积电成功量产3nm芯片,成为进一步领先5nm芯片的最前沿产品。趁着这个势头,超半导体2nm芯片超3nm的新厂建设已经启动,这就是台积电的现状。
占全球90%以上的尖端半导体产品的过度集中,未来在台湾将进一步加剧。日本经济新闻社数据显示,台积电公布的2020年后尖端产品(7nm以上芯片)新厂数量仅在台湾地区就达到⊥1716⊥家。
而相比之下,台积电在美国亚利桑那州只有两家海外工厂。此外,美国3nm芯片量产要等到2026年,比台湾晚了4年。
至此,有观点认为产业从此进入“台积电顶电时代”。然而,值得警惕的是:虽然指出了台海的风险,但实际上,目前半导体过度集中在台湾的局面正在持续强化。这种风险在未来可能会进一步增加。
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