在2022年年底,臺積電就已宣布3nm工藝實現(xiàn)量產(chǎn)的消息,但直到近日,第一款由臺積電代工的3nm芯片才正式問世。不過,這第一款3nm并不屬于臺積電的最大客戶蘋果,而是Marvell的數(shù)據(jù)中心芯片。
風(fēng)聲聽了這么久,總算是見到雨了,但這并不意味著臺積電的3nm技術(shù)已經(jīng)可以完美量產(chǎn)。
此前,臺積電的3nm節(jié)點進(jìn)程遭受來自產(chǎn)能、良率等方面的質(zhì)疑。多家外媒報道,目前臺積電正在竭盡全力來生產(chǎn)足夠多的3nm芯片來滿足蘋果公司的需求,但是目前仍然無法滿足訂單數(shù)量要求。并且,臺積電3nm芯片生產(chǎn)的良品率僅為55%,也尚不能滿足蘋果的需求。
面對上述情況,來自不同機(jī)構(gòu)的分析師向EE Times表示,只有在更高級的EUV設(shè)備NXE:3800E面市之后,臺積電真正的3nm技術(shù)才能擴(kuò)展。
以下是原文《TSMC’s 3-nm Push Faces Tool Struggles》。
臺積電(TSMC)正在努力滿足頂級客戶蘋果公司對3nm芯片的需求。據(jù)接受EE Times訪問的分析師稱,該公司在工具和產(chǎn)量方面的困境阻礙了其以世界領(lǐng)先的技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)的步伐。
臺積電和它在代工業(yè)務(wù)中的最大競爭對手——排名第二的三星,正在爭先為蘋果和Nvidia等客戶生產(chǎn)高性能計算(HPC)和智能手機(jī)的3nm產(chǎn)品。并且,臺積電在上周的季度業(yè)績公告中成為最新一例聲稱3nm技術(shù)領(lǐng)先的公司。
“我們的3nm技術(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)中第一個能夠大批量生產(chǎn)并具有良好良率的技術(shù)?!迸_積電CEO魏哲家在與分析師的電話會議上說,“由于我們的客戶對N3(臺積電3nm的術(shù)語)的需求超過了我們的供應(yīng)能力,我們預(yù)計N3將在2023年得到HPC和智能手機(jī)應(yīng)用程序的全面支持??捎^的N3收入貢獻(xiàn)預(yù)計將在第三季度開始,2023年,N3將在我們的總晶圓收入占個位數(shù)百分比。”
臺積電、三星和英特爾正瞄準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)先地位,以服務(wù)包括蘋果、英偉達(dá)和其他CPU設(shè)計廠商。最終的領(lǐng)頭羊?qū)⒃诖I(yè)務(wù)中獲得最大的利潤份額,幾十年來,代工業(yè)務(wù)的增長速度超過了整個半導(dǎo)體行業(yè)的增長速度。來自Susquehanna International Group的分析師Mehdi Hosseini表示,目前,臺積電仍穩(wěn)居榜首。
代工廠的訣竅是使來自多個供應(yīng)商的極其昂貴的生產(chǎn)工具以最高效率共同運(yùn)作。
Hosseini在他提供給EE Times的一份報告中表示:“在我們看來,臺積電仍然是先進(jìn)節(jié)點的首選代工廠,因為三星還沒有展示出穩(wěn)定的先進(jìn)工藝技術(shù),而IFS(英特爾代工服務(wù))離提供有競爭力的解決方案還有幾年時間?!?/p>
3nm良率只有55%等待更新的EUV設(shè)備
Hosseini表示,在2023年下半年,臺積電將在N3節(jié)點生產(chǎn)蘋果的A17和M3處理器,以及在N4和N3節(jié)點生產(chǎn)基于ASIC的服務(wù)器CPU。并且,臺積電還將在N5節(jié)點制造英特爾的Meteor Lake圖形芯片,在N5和N4節(jié)點制造AMD的Genoa和Nvidia的Grace處理器,以及在N5節(jié)點制造Nvidia的H100 GPU。
Arete Research的高級分析師Brett Simpson在提供給EE Times的一份報告中表示,至少在N3的前三到四個季度并且良率攀升到70%左右之前,蘋果將只為已知的合格的芯片向臺積電付費(fèi)而不是支付標(biāo)準(zhǔn)晶圓價格。
“我們認(rèn)為臺積電將在2024年上半年與蘋果一起對N3進(jìn)行正常的基于晶圓的定價,平均售價約為16000-17000美元?!盨impson說,“目前,我們認(rèn)為臺積電A17和M3處理器的N3良率在55%左右(在N3發(fā)展的這個階段是一個健康的水平),而且臺積電看起來會按計劃在每季度將良率提高5個點以上。”
Arete報告表示,對于iPhone A17芯片,臺積電將做82個掩模層,芯片尺寸可能在100-110毫米的范圍內(nèi)。報告補(bǔ)充道,這意味著每片晶圓的產(chǎn)量約為620個芯片,晶圓周期為四個月。而M3的芯片尺寸可能在135-150毫米左右,每片晶圓的產(chǎn)量約為450個芯片。
Simpson表示,臺積電現(xiàn)在的重點是通過這種早期的提升來優(yōu)化產(chǎn)量和晶圓周期時間,以推動效率。
Hosseini表示,由于需要采用ASML的EUV光刻技術(shù)進(jìn)行多重曝光,臺積電推遲了3nm的推出和量產(chǎn),“雖然EUV多重曝光的高成本使EUV的成本/效益不具吸引力,但放松設(shè)計規(guī)則減少曝光次數(shù),將會導(dǎo)致裸晶的尺寸增加。他補(bǔ)充道,在更高吞吐量的ASML的EUV NXE:3800E于2023年下半年面世之前,“真正的”3nm節(jié)點將無法擴(kuò)展。
據(jù)Hosseini說,NXE:3800E將有助于提高晶圓產(chǎn)量,比目前的NXE:3600D提高約30%,降低EUV多重曝光的整體成本。
Hosseini在報告中說,臺積電將在2024年上半年加速采用NXE:3800E,因為代工廠為更多的客戶提供N3E技術(shù)和3nm節(jié)點的其他變體技術(shù)。
臺積電正在從客戶Nvidia那里獲得光刻技術(shù)的幫助。
魏哲家表示,“cuLitho”軟件和硬件正在將昂貴的操作轉(zhuǎn)移到Nvidia GPU上,這將有助于臺積電部署逆光刻技術(shù)和更深層次的學(xué)習(xí)。
預(yù)計2023年業(yè)績下滑但別的代工廠更不好過
臺積電預(yù)計其下一個節(jié)點,即N2,將于2025年開始生產(chǎn)。
“在N2,我們觀察到客戶的興趣和參與度很高,”魏哲家表示,“我們的2nm技術(shù)在推出時將是業(yè)界在密度和能效方面最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù),并將進(jìn)一步擴(kuò)大我們在未來的技術(shù)領(lǐng)先地位?!?/p>
臺積電表示,目前席卷整個行業(yè)的芯片庫存修正的水平已經(jīng)高于臺積電三個月前的預(yù)期,并可能延續(xù)到今年第三季度。因此,臺積電現(xiàn)在預(yù)計,其2023年的收入可能會出現(xiàn)近十年來的首次下降,其銷售額可能下降個位數(shù)百分比。
臺積電的頂級Fabless客戶(來源:Arete Research)
Simpson表示:“我們認(rèn)為對于其他代工企業(yè)來說,2023年的銷售額可能會比臺積電下降得更多,下半年復(fù)蘇乏力是常態(tài)。”
盡管經(jīng)濟(jì)下滑,臺積電仍堅持與去年相同的資本支出預(yù)算,大約在320億至360億美元之間。由于設(shè)備利用率下降,臺積電寄希望于第三季度的業(yè)務(wù)反彈。
產(chǎn)能利用率是衡量盈利能力的一個關(guān)鍵指標(biāo)。
“我們預(yù)計混合利用率將在2023年第二季度陷入低谷,約為66%,N7利用率將低于50%,“Hosseini表示,“我們預(yù)計,在新產(chǎn)品升級的推動下,利用率將在2023年下半年出現(xiàn)反彈?!?/p>