2020/1/21 11:28:41
台积电3nm工艺计划每平方毫米集成2.5亿晶体管 2022年大规模量产
在台积电4月17日的财报会议上，台积电首次公布3nm工艺详情，预计在2022年下半年量产。
台积电表示，3nm工艺不受疫情影响，研发进度符合预期，预计在2021年进入风险试产阶段，2022年下半年量产。且台积电评估多种选择后认为，FinFET工艺的成本及能效比GAA更好，所以第一代3nm工艺还将继续使用FinFET晶体管技术。
3nm节点的晶体管密度将达到每平方毫米2.5亿个，而目前7nm EUV工艺的麒麟990 5G芯片尺寸为113.31平方毫米，晶体管密度为103亿，其每平方毫米晶体管密度为0.9亿，这也意味着3nm制程工艺的晶体管密度将是7nm的3.6倍。
在4月16日的一季度财报分析师电话会议上，台积电副董事长兼CEO魏哲家透露，3nm是他们在5nm之后在芯片工艺上的一个完整的技术跨越，同第一代的5nm工艺（N5）相比，第一代的3nm工艺（N3）的晶体管密度将提升约70%，速度提升10%到15%，芯片的性能提升25%到30%，3nm工艺将进一步夯实他们未来在芯片工艺方面的领导地位。
据了解，台积电在3nm工艺方面已研发多年，多年前就在开始筹备量产事宜。台积电创始人张忠谋在2017年的10月份，也就是在他退休前8个月的一次采访中，曾谈到3nm工厂，当时他透露采用3nm工艺的芯片制造工厂计划在2022年建成，保守估计建成时可能会花费150亿美元，最终可能会达到200亿美元。
而在去年10月份的报道中，外媒表示台积电生产3nm芯片的工厂已经开始建设，工厂占地50到80公顷，预计花费195亿美元。
台积电3nm节点的最大对手三星同样押注3nm节点，进度及技术选择都很激进，三星将淘汰FinFET晶体管，直接使用GAA环绕栅极晶体管。根据三星的信息，相较于7nm FinFET工艺，3nm工艺可以减少50%能耗、增加30%性能。三星计划2021年量产，疫情影响已推迟到2022年，但没有明确具体时间。
据早期报道，台积电受疫情影响将会降低2020年的资本支出，但台积电在财报说明会上表示，2020年资本支出计划不变，预计支出在150至160亿美元之间。台积电总裁魏哲家表示，5G及高效能运算(HPC)在未来几年对先进制程的需求强劲，疫情只影响短期业务，布局中长期产能不需要改变资本支出计划。
台积电持续推进先进制程产能扩张，魏哲家表示，台积电7nm需求仍然十分强劲，订单充足，7nm优化后的6nm制程将如期在年底量产，6nm与7nm加强版相较会增加1层EUV(极紫外光刻)光罩层。
针对5nm生产进度，魏哲家表示，5nm已准备好进入量产，5nm制程增加更多的EUV光罩层，下半年会开始进入量产，为客户生产智能手机及HPC等芯片，今年营收占比达10%预估不变。
台积电否定"3纳米建厂延后"，称采购招标工作依旧
2020/4/15，市场传出新冠肺炎疫情延烧，间接影响到晶圆代工大厂台积电在3纳米制程的布局。不过，对此台积电表示，Fab 18厂一切依照采购招标作业进行当中，并无延后状况。3纳米制程则没有具体对外公布。
新冠肺炎疫情持续影响市场，从中国大陆延烧到欧洲及美国，市调机构纷纷对未来全球经济释出警讯。市场更传出，台积电位在台南科学园区的Fab 18厂3纳米制程厂房兴建案递延。
据了解，台积电Fab 18厂当前共规划一～六期厂房兴建案，目前第一期及第二期厂房已经兴建完成，且机台设备在2019年已经完成装机及认证，将于2020年上半年开始量产，第三期及第四期正在兴建当中。不过有市场消息传出，第五期及第六期建设案恐怕将递延兴建。
法人指出，在5纳米制程部分，目前除苹果可能递延量产外，华为海思订单依旧呈现满载水位，将可望成为支撑台积电业绩的一大要角，进入2021年后，高通、联发科及英特尔等将可望接力采用，使台积电5纳米需求畅旺。
台积电将于4月16日召开第一季法人说明会，届时将对外公布第一季营运成果及第二季营运展望。预料法人将会聚焦在台积电2020年资本支出及业绩展望等相关议题。
来源：快科技 及其他
在上周的说法会上，台积电宣布2020年的资本开支是150~160亿美元，其中80%将投向先进产能扩增，包括7nm、5nm及3nm。这次说法会上台积电没有公布3nm工艺的情况，因为他们4月份会有专门的发布会，会公开3nm工艺的详情。
台积电的3nm工艺技术最终选择什么路线，对半导体行业来说很重要，因为目前能够深入到3nm节点的就剩下台积电和三星了，其中三星去年就抢先宣布了3nm工艺，明确会放弃FinFET晶体管，转向GAA环绕栅极晶体管技术。
具体来说，三星的3nm工艺分为3GAE、3GAP，后者的性能更好，不过首发的是第一代GAA晶体管工艺3GAE。根据官方说法，基于全新的GAA晶体管结构，三星通过使用纳米片设备制造出了MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多桥-通道场效应管），该技术可以显著增强晶体管性能，主要取代FinFET晶体管技术。
此外，MBCFET技术还能兼容现有的FinFET制造工艺的技术及设备，从而加速工艺开发及生产。
在2019年的日本SFF会议上，三星还公布了3nm工艺的具体指标，与现在的7nm工艺相比，3nm工艺可将核心面积减少45%，功耗降低50%，性能提升35%。
三星计划在2030年前投资1160亿美元打造半导体王国，由于在7nm、5nm节点上都要落后于台积电，所以三星押注3nm节点，希望在这个节点上超越台积电成为第一大晶圆代工厂，因此三星对3GAE工艺寄予厚望，最快会在2021年就要量产。
至于台积电，2020年上半年会实现5nm芯片的量产。2019年台积电宣布斥资195亿美元建设3nm工厂，2020年会正式开工，不过技术细节一直没有透露，尤其是台积电是否会像是三星那样选择GAA晶体管或是会继续改进FinFET晶体管，这两种技术路线会影响未来很多高端芯片的选择。至于2nm工艺预计在2024年才会投产。
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题外话：
诚然，台积电在工艺上的大投入以及锐意革新给其他代工厂或IDM带来极大压力。三星为了加快追赶台积电，2018年就直接上了7nm EUV工艺，并且在7nm
EUV遇阻量产前，还退而求其次的推出了8nm工艺。与此同时，三星还在加码研发5nm工艺。为追赶先进制程，联电和中芯国际的净利率从多年来一直在个位数徘徊。格芯更是连续10年亏损。以至现在格芯、联电表示暂时退出先进制造竞赛。
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