「台積已學會與四百名伙伴一起合作共舞,但英特爾從頭到尾是一個人獨舞,」台積創辦人張忠謀十六日在一場論壇上,引用輝達(Nvidia)執行長黃仁勳說法,指出儘管各大公司嘗試與台積競爭,但台積電已建立供應鏈群聚、分工與協同作戰經驗,在技術上具備領先優勢,落後者追趕不易。
「技術領先、製造卓越、客戶信任」,是張忠謀一再強調的台積三大優勢。如今全球九成最先進晶片由台灣生產,每年三分之一新算力由台灣提供。
為了要維持技術領先。台積電董事長劉德音去年十二月在南科三奈米廠的量產暨擴廠典禮上強調,要讓二奈米晶圓廠落腳台灣,讓台灣依然是技術超前的關鍵研發之地。
二奈米對台積至關重要,二○二二年台積技術論壇上,總裁魏哲家和台積業務開發資深副總張曉強就親自詮釋二奈米製程,魏哲家指出,這將是世界上密度最小、效能最好的技術。
張曉強當時在論壇後的記者會解釋,半導體架構已從平面式電晶體轉至鰭式場效電晶體(FinFET),台積決定在三奈米持續採用FinFET,是因為台積三奈米FINFLEX是將不同VDD(晶片內部工作電壓)混在一起,創造出三-二鰭、二-二鰭及二-一鰭等方案。
畢竟從五奈米進入三奈米,就必須在功耗、面積、速度之間做痛苦選擇,高速就得犧牲面積、能耗,而FINFLEX技術可讓晶片設計者,有不同的混合架構做選擇。
但二奈米會接力登場,推翻前一架構,採用奈米片電晶體,讓速度和功率因結構的創新,提升一個世代。
未來AI、5G等高速運算,需要在有限空間創造更低功耗,因此必須將更多性能有效整合,除奈米片架構,二奈米也將加入backside power delivery(晶背電源供應):從晶圓背面挖洞埋入電源軌,讓晶片正面獲取更多空間,可繞更多電源訊號線。
張曉強解釋,這是技術演進採取的新方式,不是這麼容易,但能從性能、功耗上,讓半導體工藝一併提升。
台積預估一旦導入奈米片架構、晶背電源供應和High-NA(高數值孔徑極紫外光),二奈米相較N三E(升級版三奈米製程),在相同功率下,速度至少提升百分之十至十五;在相同速度下,功耗可減少百分之二十五至三十。
創新的二奈米將是台積能否保持領先的關鍵。
畢竟台積曾在導入3D電晶體(台積、三星稱為FinFET,英特爾稱為Tri-gate)的重要技術轉折上,一度落後英特爾四年、落後三星半年。
如今,競爭對手也加速追趕,英特爾宣示四年內要快速推進五個製程節點,力拚二○二四年下半年就推出Intel二十A(二奈米),三星則早在三奈米製程就嘗試GAA結構和奈米線 (Nanowire),並在其「半導體願景二○三○」報告中宣布二○三○年達到記憶體之外的半導體業務世界第一,要擊敗英特爾、台積。
張忠謀說,台積電已身處在一個新的賽局。
當台積被迫赴美設廠,二奈米必須在全新架構、良率與量產速度中加速,跨國成本與技術間的追趕、布局與權衡,仍考驗著台積接班人。
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