3nm量產(chǎn)再延期，技術(shù)路線是否太激進？

針對“臺積電再度將 3 納米芯片量產(chǎn)延期三個月”的消息，臺積電近日回應(yīng)稱，3 納米制程的發(fā)展符合預(yù)期，良率高，將在第四季度晚些時候量產(chǎn)。

同時，臺積電總裁魏哲家也在近日法說會上提到，3 納米進度符合預(yù)期，具備良好良率并將在第四季度量產(chǎn)，在高速運算和智能手機應(yīng)用驅(qū)動下，客戶對3納米需求超過產(chǎn)能。

盡管臺積電對3納米芯片量產(chǎn)持樂觀態(tài)度，但其在3納米芯片仍然堅持FinFet工藝，是否就是其被傳延期的根本原因呢?其工藝路線是否太激進?

據(jù)《日經(jīng)亞洲》報道，蘋果將在2023年成為第一家使用臺積電最新3nm制程工藝的公司，即N3E(3nm Enhanced)制程工藝。據(jù)悉，N3E工藝芯片將用在蘋果2023年的新款iPhone和Mac電腦上。

知情人士透露，蘋果目前研發(fā)的A17處理器將使用臺積電的N3E(3nm Enhanced)制程工藝進行大規(guī)模生產(chǎn)，預(yù)計2023下半年上市。知情人士還稱，A17處理器將用在2023年發(fā)布的iPhone 15 Pro系列上，而基本款的iPhone 15將仍然采用A16處理器。此外，用于新款Mac電腦的M3處理器也將采用N3E制程工藝。

據(jù)悉，臺積電員工在臺灣新竹市的技術(shù)研討會上透露，N3E工藝將比N3工藝提供更好的性能和能源效率。另外也有消息透露，與5nm工藝(N5)相比，在同等性能和密度的條件下，N3E的功耗降低34%、性能提升18%，晶體管密度提升60%。

此前，有消息人士透露，臺積電內(nèi)部決定放棄N3工藝，轉(zhuǎn)攻2023下半年量產(chǎn)成本更優(yōu)的N3E工藝。業(yè)內(nèi)人士推測，導(dǎo)致該結(jié)果的主要原因是蘋果對臺積電第一代3nm芯片的效果不滿意。由于采用第一代3nm工藝的客戶較少，蘋果又是臺積電的主要大客戶，所以臺積電或?qū)⒎艞?nm工藝，轉(zhuǎn)而投入表現(xiàn)更好的N3E工藝。

綜合以上信息，臺積電今年第四季度量產(chǎn)的3納米芯片是否會是“初代版本”呢? 而初代版本的3納米工藝很可能因為不成熟，其良品率難以達到客戶預(yù)期。

今年上半年，三星采用GAA工藝率先量產(chǎn)3納米芯片，但很多性能指標上遠不及臺積電的N3工藝，比如晶體管密度。相對而言，臺積電N3工藝路線是非?！氨Ｊ亍钡模匀徊捎肍inFet工藝，這是否就是其3納米芯片延期，甚至落后三星的根本原因呢?

實際上，在工藝路線選擇上，臺積電N3工藝跟英特爾10nm芯片工藝選擇有些類似。Intel一直在10nm之前的工藝節(jié)點上“一騎絕塵”，但在10nm芯片上則直接翻車。有人總結(jié)其根本原因在于：Intel的10nm工藝芯是在“刀尖跳舞”，自信變成了自負。

當時，英特爾規(guī)劃10nm工藝芯片時，由于EUV還無法商用化，就必須在不依賴EUV的情況下去生產(chǎn)10nm芯片。而英特爾可選的路子就只有兩條：一是把10nm的技術(shù)規(guī)格控制在當時DUV光刻可接受的程度;二是在多重曝光技術(shù)SAQP上下****注，若成功順帶解決7nm工藝芯片的問題。

后來，Intel選了后面這條路線，把線寬拖到必須采用SAQP才能解決的寬度(目前DUV密度最高的工藝)。果不其然，Intel在10nm工藝芯片上遭遇失敗。因此，Intel的10nm工藝芯片是不太符合當時的技術(shù)背景，規(guī)格高于技術(shù)棧的能力。

那么，臺積電的3nm芯片選擇FinFet工藝是否也有共同之處?根據(jù)目前的資料，臺積電N3的預(yù)計密度是300，并且依舊是FinFet工藝。

相對而言，GAA肯定比FinFet更難造，但隨著晶體管尺度向5nm甚至3nm邁進，F(xiàn)inFET本身的尺寸已經(jīng)縮小至極限后，無論是鰭片距離、短溝道效應(yīng)、還是漏電和材料極限也使得晶體管制造變得岌岌可危，甚至物理結(jié)構(gòu)都無法完成。因此，很多資深專業(yè)人士都認為，當工藝節(jié)點進階到3nm時，F(xiàn)inFET已不可行，將轉(zhuǎn)向GAA。

然而，臺積電3納米芯片仍然選擇FinFET，是不是跟英特爾當年10納米芯片一樣，在技術(shù)極限挑戰(zhàn)。那么，臺積電3納米芯片延期也在情理之中。

盡管3納米技術(shù)是業(yè)界非常期待的技術(shù)，但由于其應(yīng)用成本過高，且在絕大多數(shù)應(yīng)用場景下都屬性能過剩，導(dǎo)致其必然成為小眾的芯片工藝技術(shù)。不過，正如上文所述，預(yù)計N3工藝不會被采用，畢竟初代版本技術(shù)成本太高、良率太低，而N3E工藝作為增強版將進一步提升性能、降低功耗、擴大應(yīng)用范圍，成為蘋果的首選技術(shù)工藝。

在第三季度財報會議上，臺積電透露了3nm工藝的最新進展，由于訂單數(shù)量不如預(yù)期，項目的實際落地時間或?qū)⑼七t至今年底。據(jù)悉，英特爾、AMD和英偉達都不再支持臺積電首批3nm工藝，而蘋果則按原計劃生產(chǎn)A17仿生芯片與M3芯片。

毫無疑問，在芯片技術(shù)選擇上，蘋果才有財力和意愿支持臺積電N3E工藝，進而保證其產(chǎn)品陣營的領(lǐng)先性。然而，英特爾、AMD和英偉達暫時不選擇N3E工藝更多的是考量PC市場需求不旺，沒有必要冒著良率不足的風(fēng)險搶奪首批3nm工藝。

不過，毫無疑問，臺積電3納米工藝仍然是受歡迎的。據(jù)悉，臺積電N3E工藝中256Mb SRAM的平均良率將達到80%，移動設(shè)備以及HPC芯片良率也為80%左右。受限于市場因素，英特爾、AMD和英偉達才擱置采用臺積電N3E工藝芯片的計劃。

為iPhone制造零部件的公司Murata Manufacturing(村田制作所)認為，智能手機銷量的下降將持續(xù)到2023年。該公司估計，2021年，全球智能手機市場出貨量為13.6億部，而2022年的總銷量可能低于12億部，這主要由中國市場的需求下降導(dǎo)致。

Canalys預(yù)計，2022年第三季度，全球個人電腦市場面臨需求大幅下降的趨勢。臺式電腦和筆記本電腦總發(fā)貨量下降18%，至6,940萬臺。不利的宏觀經(jīng)濟和行業(yè)因素削弱了個人電腦市場的勢頭，包括高通脹、利率上升和庫存膨脹，這一趨勢可能持續(xù)到2023年。

由此可見，臺積電要指望N3E工藝贏得更多訂單，可能需要再等一年，而N3E工藝對其經(jīng)營業(yè)績能帶來多大助力還有待觀察。

來源：電子工程專輯