臺積電在臺興建全球最尖端半導體2nm芯片廠

  ICC訊  據日經亞洲報道，臺積電日前已開始建設全球最尖端半導體2nm芯片的新工廠。2022年夏季以來，半導體市場大幅下滑，但臺積電并未放緩投資步伐。在臺海局勢備受關注的背景下，從最圖片可以看出尖端半導體在中國臺灣的進一步集中。

  位于臺北市西南60公里處，可以說是中國臺灣心臟地帶的科技園區(qū)“臺灣硅谷”。如同圍繞著臺積電總部，云集中國臺灣內外的眾多相關企業(yè)鱗次櫛比。

  在臺積電總部后方的丘陵地帶，在相當于約12個東京巨蛋體育場的約55萬平方米的廣闊面積內，一座計劃開始制造2納米(納米為十億分之一米)芯片的新廠房已悄然竣工。

  相關供應商表示，2nm芯片工廠的投資額約為2萬億日元(約合人民幣1045億元)。臺積電計劃在這里建立四個這樣的工廠。對于臺積電來說，這也是有史以來最大的項目。建設工作的進度相當緊湊，因為該公司還計劃在兩年后的2025年盡快開始量產。

  在全球半導體行業(yè)，尤其是最近三年，廠商之間的差距逐漸拉大。2020年春天，疫情在全球蔓延之際，臺積電推動當時最先進的5nm芯片量產，引發(fā)業(yè)界沸騰。

  競爭對手的斗爭

  另一方面，韓國最大的競爭對手三星電子也涉足5nm芯片，但“良品率沒有提升，舉步維艱”(日本供應商高管)。美國的英特爾更是遠遠落在后面，產業(yè)從此進入“臺積電頂電時代”。到2022年底，臺積電將成功量產3nm芯片，成為進一步領先5nm芯片的最前沿產品。趁著這個勢頭，超半導體2nm芯片超3nm的新廠建設已經啟動，這就是臺積電的現(xiàn)狀。

  與目前最先進的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%，并可延長智能手機等的“待機時間”。

  2nm芯片的生產難度特別高，這對芯片行業(yè)也有著特殊的意義。因為如果臺積電成功實現(xiàn)量產，臺積電占據全球尖端芯片市場90%以上份額的壟斷地位或將進一步鞏固。

  在2nm芯片領域，除了傳統(tǒng)半導體的技術進步縮小電子線路的線寬外，臺積電有望在完全不同的層面上突破重大壁壘。

  長期以來，半導體的發(fā)展一直基于以納米為單位縮小半導體基板(晶圓)上電子電路的線寬。 這是因為只要線寬更細，就可以貼裝晶體管等更重要的元器件，通過提高加工速度可以提高半導體的性能。然而，自2020年5nm芯片開始量產以來，產業(yè)就面臨困難。這是因為過去10年使用的被稱為“FinFET”的半導體設計結構已經達到了極限。如果試圖進一步減小電子電路的線寬，則經常會出現(xiàn)大量電流泄漏到不應流過的地方的現(xiàn)象。

  為了防止這種電流泄漏，各個公司展開了激烈的競爭，開發(fā)了一種名為“納米片(nanosheet)”的新型設計結構，稱為環(huán)柵技術(gate-all-around，簡稱GAA)，推廣了很長時間。臺積電為此開發(fā)工作了大約15年。

  美國的IBM、英特爾、三星也一直在推動發(fā)展，但對加工技術要求極其精細，量產難度極大。 三星在2022年部分引入了該技術，但“難以投入生產”(市場分析師)。2022年夏季成立的Rapidus Japan，為推進尖端半導體國產化，也從IBM獲得了技術，力爭實現(xiàn)量產，但能否成功還是未知數。

  采用納米片的2納米芯片將成為最精密、最好的技術——2022年8月，臺積電的首席執(zhí)行官(CEO)魏哲家在總部所在地新竹舉行的技術說明會上，面對在座的供應商管理層等，對2納米芯片的實用化顯示出極大的自信。

  2023年1月，魏哲家在發(fā)布會上表示，2nm芯片的研發(fā)進展快于預期，再次強調進展順利。已開工項目的進展也體現(xiàn)了這種信心。

  并未放緩投資步伐

  目前半導體市場受全球通脹及經濟放緩影響，2022年夏季開始面臨需求下滑，尤其是個人電腦及智能手機所用芯片需求不振，連臺積電工廠開工率 已經下降。

  盡管如此，臺積電今年預計在設備上的投資高達360億美元，直接關系到競爭力的尖端領域對臺灣的投資步伐并未放緩。 在臺積電僅次于新竹的第二大基地所在的南部臺南市，將于2022年底開始量產的5家3納米芯片工廠的生產也在快速推進。

  占全球90%以上的尖端半導體產品的過度集中，未來在臺灣將進一步加劇。 日本經濟新聞社數據顯示，臺積電公布的2020年后尖端產品(7nm以上芯片)新廠數量僅在臺灣地區(qū)就達到16家。

  臺積電在美國亞利桑那州只有兩家海外工廠。 此外，美國3nm芯片量產要等到2026年，比臺灣晚了4年。

  雖然指出了臺海的風險，但實際上，目前半導體過度集中在臺灣的局面正在強化。 這種風險在未來可能會進一步增加。(校對/武守哲)