拜登親自站臺2納米！200億美元地球最大硅制造基地啟動，英特爾要逆襲三星臺積電？
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在美國2800億美元的「芯片與科學法案」通過一個多月之后，英特爾計劃已久的俄亥俄州200億美元的芯片工廠終于正式破土動工。
作為半導體產(chǎn)業(yè)回歸美國本土的標志性事件，總統(tǒng)拜登親臨工地現(xiàn)場出席動工儀式，并表示祝賀。
此前，由于芯片法案推進不順利，英特爾不久前宣布推遲計劃舉行的動工奠基儀式，原計劃該儀式于7月底舉行。
英特爾稱，本次奠基儀式啟動了「地球上最大的硅制造基地」的建設。未來10年，英特爾計劃在俄亥俄州投資1000億美元。
該公司表示，建廠計劃需要7000多名工人，預計將容納兩個獨立的工廠，一旦完工，將雇用3000名工人。
英特爾之前推遲了該工廠7月的奠基儀式，因為其計劃主要依賴于「芯片法案」的資金，而國會尚未通過該法案。
但是，經(jīng)過一個夏天的談判，拜登在上個月簽署了2800億美元的「芯片與科學法案」，稱其為「對美國一代人的投資」。
兩黨達成協(xié)議，以促進美國的創(chuàng)新，希望在全球半導體短缺之后保護美國的經(jīng)濟和國家安全利益。
始于2020年的新冠大流行使全球芯片供應鏈斷裂，使設備制造商更難以為產(chǎn)品采購半導體。與此同時，由于辦公室關閉，人們開始在家工作，對這些商品的需求激增。
拜登在開工儀式現(xiàn)場表示：
「正如我們在大流行期間看到的那樣，當制造這些芯片的工廠關閉時，芯片就會停產(chǎn)。全球經(jīng)濟就會停滯不前，我們需要在美國本土制造這些芯片，以降低日常成本并創(chuàng)造良好的就業(yè)機會?！?/span>
英特爾CEO帕特·蓋爾辛格與拜登一起參加了這個儀式，他說，這座工廠的動工，標志著「鐵銹帶」時代的結(jié)束和「硅心帶」的開始。
鐵銹帶是對美國自上世紀80年代起傳統(tǒng)重工業(yè)衰退的一片地區(qū)的非正式稱呼。這一地帶始于紐約州中部，向西橫穿賓夕法尼亞州、俄亥俄州、印第安納州，止于伊利諾伊州北部、艾奧瓦州東部和威斯康星州東南。
自20世紀中葉以來，由于多種經(jīng)濟因素，例如制造業(yè)向海外轉(zhuǎn)移、自動化程度提高以及美國鋼鐵和煤炭工業(yè)衰退，這片曾被稱為美國工業(yè)心臟地帶的地區(qū)內(nèi)，工業(yè)比重一直在下降。
在該法案通過后，其他大型芯片制造商已經(jīng)宣布了在美國國內(nèi)半導體制造廠的建設計劃。
本月早些時候，美國另一個主要芯片制造商美光公司表示，將投資150億美元在愛達荷州建立一個新工廠。
最近，電源芯片制造商Wolfspeed也宣布投資50億美元在北卡羅來納州建立一個新的半導體工廠，以生產(chǎn)用于為電動汽車等設備提供動力的芯片原材料，以應對需求激增的情況。
「今天，我們在一個每個俄亥俄人都可以感到自豪的未來破土動工，這項數(shù)十億美元的投資是聯(lián)邦、州和私營部門領導人之間前所未有的合作的高潮，它將改變俄亥俄州的經(jīng)濟，并為后代提供機會，在這里實現(xiàn)穩(wěn)定的中產(chǎn)生活。」俄亥俄州參議員候選人Tim Ryan表示。
拜登總統(tǒng)周五在動工儀式上表示，英特爾將在俄亥俄州這里建立未來的勞動力。
「現(xiàn)在是埋葬「銹帶」標簽的時候了，俄亥俄制造和美國制造不再僅僅是一個口號。我們需要在美國本土生產(chǎn)這些芯片。芯片行業(yè)的未來將是美國制造?！拱莸钦f。
拯救摩爾定律，要靠納米級芯片？按照摩爾定律，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔兩年便會增加一倍。然而近年來，一些業(yè)內(nèi)人士認為，摩爾定律將不再適用了。
根據(jù)中國工程院院刊的資料，目前，普遍采用的晶體管結(jié)構，是鰭式場效應晶體管（FinFET）。這套工藝也是英特爾此前一直采用的。
雖然，F(xiàn)inFET工藝從22納米制程之后一直到5納米制程，一直是半導體的主流工藝架構。但在尺寸上已逼近物理極限，無法進一步縮小。
在FinFET中，當晶體管尺寸變小時，F(xiàn)inFET柵極就無法完全關閉電流。即使晶體管處于「關閉」狀態(tài)，電子仍會繼續(xù)滲入通道，不但浪費電能，而且還會產(chǎn)生熱量。
而納米級芯片克服了這些障礙，使晶體管能進一步縮小，并提高了晶體管的密度。
圖：納米級芯片晶體管示意圖納米級芯片還為設計提供了更大的靈活空間，讓芯片制造商能夠通過調(diào)整芯片的寬度來微調(diào)晶體管的性能和功耗。
而且，納米級芯片的制程越高，同樣面積所能容納的晶體管數(shù)量越多，芯片性能就越高。
比如，IBM的研究出的2納米制程的芯片，與7納米制程的芯片相比，其運算速度快45%，能效可提高75%。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士的分析，英特爾新建的兩家晶圓廠，在2025年投入生產(chǎn)時，工藝水平上可以量產(chǎn)20A及18A兩代工藝。
據(jù)英特爾方面說，20A和18A是全球首個達到埃米級的芯片工藝，相當于其他芯片制造商的2納米、1.8納米工藝。
這也是為何英特爾躊躇滿志地預測，新工藝將會讓英特爾重新回到半導體領導者地位。
英特爾真能「彎道超車」嗎？通常來說，納米級芯片的從研發(fā)到投入使用之間，會經(jīng)歷很長的時間。就拿2納米芯片來說，早在2014年，就有相關研究論文發(fā)表。到2016年，2納米的技術路線就開始明確了。
2017年，IBM研究院展示了2納米技術的可行性。
2021年，IBM發(fā)布了全球首顆2納米制程的芯片。
而全球第一家宣布啟動2納米工藝研發(fā)的代工廠——臺積電，預計于2025年才能實現(xiàn)2納米芯片的量產(chǎn)。
而且越是高制程芯片，研發(fā)越艱難，能參與的玩家就越少。
進入10納米制程之后，全球半導體代工廠僅剩臺積電、三星和英特爾三家。
而在7納米制程之后，全球范圍內(nèi)的競爭者就剩下臺積電和三星。
這是不是意味著，英特爾掌握了1.8納米工藝，就可以重回行業(yè)老大的位置呢？這真不一定。
首先，各大廠商所說的2納米、3納米的概念，其實是每個廠商根據(jù)自身的參數(shù)定義的制程概念。
以驍龍為例，三星用4納米工藝代工了驍龍8，結(jié)果功耗表現(xiàn)不盡如人意。
之后高通切換到了臺積電4納米工藝，驍龍8+的CPU及GPU能效提升了30%之多，差別很明顯。
所以，同樣是一個納米級別的芯片，性能可能差別很大。更何況，很多時候，先進制程是芯片制造商的宣傳手段。
其次，目前半導電制造行業(yè)的老大，在先進制程上跑得并不慢。
根據(jù)財經(jīng)十一人的資料，臺積電的研發(fā)投入基本在穩(wěn)步上升，研發(fā)增速基本上每2到3年就會有一個高點，這與其進入下一個制程的量產(chǎn)有關。
例如在2020年，臺積電的研發(fā)增速從2019年的8.91%一下子上升到27.59%，那一年臺積電計劃量產(chǎn)5納米工藝，并全面使用EUV。
最后，就算技術上領先了，率先量產(chǎn)了，不一定代表未來發(fā)展得好。在半導體行業(yè)，這一點尤為明顯。
因為先進技術不是目的，用先進技術生產(chǎn)出可靠的產(chǎn)品才是目的。
正如很多半導體的業(yè)內(nèi)人士所說，「良率是關鍵」。
制程越先進，光罩張數(shù)及工藝復雜度就越會顯著升高，良率的提升就越難。
雖然技術、工藝、設備的革新，讓預測誰能笑到最后，變成一件很難的事，但從產(chǎn)業(yè)的趨勢來看，擁有最長代工歷史的臺積電，其優(yōu)勢沒那么容易被顛覆。
因為越往先進制程走，就越不是一家或幾家企業(yè)能完成的，就需要更多全球產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)作與配合才能實現(xiàn)。
目前，蘋果、AMD、NVIDIA及高通、聯(lián)發(fā)科等公司依然選擇臺積電工藝代工，那么，在未來相當長的時間里，臺積電行業(yè)老大的位置，恐怕還能繼續(xù)坐下去。
參考資料：
https://www.theverge.com/2022/9/9/23344834/semiconductor-joe-biden-ohio-intel-gelsinger-chips-science-subsidies
https://www.cnbeta.com/articles/tech/1314921.htm
https://mp.weixin.qq.com/s/stmj2onYa-5PI81CkRHlgQ
http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.11.008
來源：新智元
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