台积电获得高数值孔径极紫外光刻机,芯片制程之争进入白热化

看科技有铭程 2024-06-09 16:19:00

媒体报道,芯片代工龙头台积电获得来自荷兰ASML的高数值孔径极紫外光刻机,旨在打造更先进的2nm芯片。

但是有意思的是第一个拿到这款光刻机的厂商不是台积电,而是英特尔。

早在2023年底,ASML就向英特尔出售了第一台高数值孔径(High-NA)极紫外光刻机。这台光刻机代表了芯片制造技术的重要进步。

它的数值孔径从之前的0.33提升到了0.55,这一提升使得光刻机能够实现更小的分辨率和更高的光刻精度,可以制造出2nm,甚至1nm以下的芯片。

ASML直言,高数值孔径极紫外光刻机可以制造1nm芯片,可以在有限的晶圆面积上光刻出更多的晶体管,非常适合AI芯片的制造。

英特尔作为十几年的芯片霸主,在PC时代,全球任何一家芯片企业都无法与其比拟,但随着移动数字时代的到来,这一切发生了变化。

苹果作为智能手机的领导者,在手机芯片迭代中也是最积极的,早期的苹果曾找到英特尔,希望其可以代工A系列仿生芯片,但被英特尔拒绝了。

之后,我们也知道了,苹果找到了台积电为其代工芯片,这一决定成就了双方。台积电在苹果的助力下成为了全球领先的晶圆代工企业,而苹果拿到了智能手机85%的净利润,成为了智能手机的领导者。

2016年,台积电在10nm、7nm工艺上取得重大进展,在工艺制程上击败了英特尔,2017年,英特尔又被三星超越,结束了30年的芯片霸主。之后,台积电又把芯片制程迭代至5nm、3nm。

这一系列变化,让英特尔感到前所未有的压力,英特尔内部开始出现了一些声音:要做晶圆代工业务。

2021年,英特尔晶圆代工部门开始独立运行,财务报告也开始独立审核。英特尔的目标是在2030年成为继台积电之后全球第二大晶圆代工厂,言外之意是要在几年内超越三星。

英特尔与台积电的代工之争。

英特尔的工艺制程命名与台积电有些不同,按照顺序依次为10nm、intel7、intel4、intel3、intel 20A、intel18A。

intel4相当于7nm工艺,intel3相当于5nm工艺,2024年发布的intel20A可等效于台积电的3nm,2025年计划发布intel18A,相当于台积电2nm工艺。

intel 20A采用GAA技术(全环栅型),这和台积电的方案并不相同,台积电依然延续之前的FinFET(鳍式场效电晶体)技术。

GAA技术号称能够延续“摩尔定律”的新路线,它采用特殊的沟道设计,GAA纳米线可以被栅极完全包裹,从而使栅极对沟道的控制性能更好,降低电子跃迁。

简单来说就是:GAA比FinFET的栅极控制能力更好,具有更高的有效沟道宽度,减少电子跃迁干扰。

其实在3nm工艺上,差别并不会太大,虽然GAA技术看起来更先进,但是新技术也意味着陌生,而台积电在FinFET技术上经验积累甚多,虽然技术方面有些落后,但凭借熟练的工艺,同样可以取得不错的效果。

可以说,在3nm工艺上,英特尔并不具备优势,对台积电也构不成威胁,所以英特尔高层将目标瞄准了18A制程。

CEO基辛格透露,客户对英特尔尖端的18A制程工艺需求旺盛,已有五家客户承诺选用18A制程芯片,且已完成十余颗以此为基础的制造技术试验芯片。

基辛格还宣称,代工模式将与产品部门关联,从而设定更合理的价格体系,在未来4年内推出5种工艺制程,重拾技术领先地位。

管理层对2024年晶圆代工持乐观态度,并且预计2030年,晶圆代工业务跃升为世界第二,超越三星,仅次于台积电。

英特尔致胜的关键就在2nm以下工艺,为此英特尔不惜下重金3.8亿美元(约合人民币27亿),抢购ASML新一代高数值孔径EUV光刻机。

希望可以凭借设备的优势,击败竞争对手。

但是台积电也没闲着,早在2023年7月,台积电就在新竹启用了全球研发中心,探索2nm甚至1.4nm制程技术。研发中心可容纳7000人办公,这也意味着未来台积电的研发人员将达到7000人。

如今,台积电也购买了ASML的新款光刻机,背靠苹果这个大金主,英特尔还真不是台积电的对手。

此外,媒体报道,三星也在积极推进2nm芯片工厂,整合优势资源全力攻关。三星半导体相关负责表示,未来5年内投资万亿元,超越台积电。

台积电、三星、英特尔已经开始在3nm、2nm甚至1nm领域展开了激烈的竞争,“卷制程”时代在ASML新款光刻机的加持下,轰轰烈烈的开始了。

这对中国芯片来说,并不是一件好事,台积电、三星、英特尔都开始代工3nm芯片了,我们还没跑通7nm产业链,差距又要扩大了。

在7nm芯片产业链中,我们做到了设计、制造、封装、EDA工具、材料也可以做出来,唯独卡在了设备方面。

能够量产7nm芯片的光刻机基本都由ASML制造,包括新进的浸润式DUV光刻机,各种型号的EUV光刻机。

但是目前这些光刻机已经对中国企业限购了,花费再多的资金也购买不到,随着现有光刻机寿命的到期,国产7nm芯片也会遇到危机。

光刻机的寿命通常在5-10年,也就是说我们要在5年内研发出7nm光刻机,加上测试、量产、配套时间,刚好能够替换海外设备。

经过多年的研发努力,我们也取得了不错的成绩,但是在光学镜片、光源两大核心设备方面,依然有所差距。

ASML光刻机的光学镜片采用了德国蔡司的,蔡司从事光学镜片研究可以追溯到1846年,在该领域打磨了170多年,而我国的光学镜片研究从1952年开始,100多年的差距,短时间内追平难度很大。

而极紫外光源源自于美国的EUV LLC联盟,由劳伦斯利弗莫尔、劳伦斯伯克利、桑迪亚三大国家实验室,以及摩托罗拉、AMD、英特尔、IBM、德州仪器组成,汇集了数百位顶尖科学家。

现在我们要凭借一己之力攻克多项核心技术,替代几千家供应商,难度可想而知。

在台积电、三星、英特尔疯狂的卷3nm、2nm支撑时,我们需要先攻克光刻机难题,这听起来多少有些沮丧。

但是一旦我们攻克光刻机难题,我将成为全球唯一一个,真正意义上实现芯片全产业链的国家,这一点美国、欧洲都做不到。

创造奇迹一直是中华民族的强项,那么芯片这个奇迹,我们何时能够创造呢?

我是科技铭程,欢迎共同讨论!

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