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台积电(TSM.US)巨额投资,为的竟然不是3nm?

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本文源自微信公众号“半导体行业观察”。  

今年早些时候,台积电(TSM.US)宣布了280亿美元的巨额投资,许多行业观察家将这一增长归因于为准备为英特尔(INTC.US)和其他大客户生产CPU的3纳米产能。然而根据分析师的预测,情况并非如此。  

据分析师在本周早些时候的预测,目前,台积电的N5产能约为每月55,000〜60,000晶圆启动(WSPM)。鉴于台积电无法再为华为的海思半导体提供服务,该晶圆代工厂的主要和最大的N5客户是苹果公司,该公司利用这项技术为其最新产品生产了A14Bionic和M1片上系统。苹果(AAPL.US)是台积电的主要客户之一,可以尽早使用最新的工艺技术,并且是率先采用最新节点的公司之一。  

预计今年晚些时候,台积电的其他客户(例如AMD(AMD.US)和高通(QCOM.US))将开始使用制造商的N5制造工艺,届时对该技术的需求将大大增加。分析师表示,为了满足2021年及其后几年对N5节点的需求,台积电将把其资本支出的绝大部分用于扩大N5容量。  

分析师认为,台积电未来的N5容量将是当前的两倍,即达到110,000〜120,000WSPM,这实质上意味着台积电将在一年后拥有专门用于N5系列的GigaFab,其中包括N5,N5P,和N4技术。所有这些过程在设计规则,IP和SPICE级别上都是兼容的,这也是它们将在未来几年中使用的技术。  

台积电的另一个长节点将是其N3(3nm)技术。与N5相比,N3工艺有望提供高达15%的性能提升(在相同的功率和晶体管数下),或高达30%的功耗降低(在相同的速度和晶体管数下),以及多达20%的性能提升。SRAM密度提高了%,逻辑密度提高了70%。台积电预计N3将于今年晚些时候进入风险生产,而批量生产预计在2022年下半年进行。  

请记住,再过一年将不再需要N3进行批量生产(HVM),对于台积电来说,在2021年日历上花大量的时间在N5上而不是在2022年为N3做准备是合乎逻辑的。预计该公司今年仍将建设一条试验性的N3生产线,产能约为10,000〜15,000WSPM。  

N3和N5节点都广泛依赖于极紫外(EUV)光刻。为了扩大N5的容量并装备N3晶圆厂,TSMC将需要采购并交付ASML的TwinscanNXE光刻机。EUV工具需要大约六个月的时间进行校准,因此台积电的扩展计划必须非常精确,以确保在需要时准确准备好设备。  

如今,台积电(很大程度上在半导体行业)的主要不确定因素是英特尔的外包计划。到目前为止,该公司已经披露了将某些GPU和SoC外包给台积电(TSMC)的计划,并且相信这些芯片将使用台积电(TSMC)的N5或N7节点制造。然而,目前尚不清楚这家芯片巨头是否打算将其主流和高性能CPU的生产外包给台积电。  

从晶体管密度的角度来看,英特尔的10nmSuperFin制造工艺(约100MT/mm²)可与台积电的N7+技术(约115MT/mm²)相提并论,但英特尔自己的技术可能仍然更适合该公司。已为此节点量身定制了CPU。同时,台积电的N5在晶体管密度(〜170MT/mm²)方面具有显着优势,这点尤其是在GPU方面是不容忽视的。当英特尔在2023年有时准备好采用其7纳米技术(预计将使现有晶体管密度增加一倍)时,它仍将落后于台积电的N3,这意味着英特尔将其中的一部分外包出去是有意义的。该公司向台积电(TSMC)出售的产品,正是几周前新任首席执行官帕特里克·基辛格(PatrickGelsinger)所说的。  

“出于工程资源/资本支出分配的利益,我们认为英特尔不太可能在同一制程中同时进行内部和外部混合晶圆生产;因此,我们期望任何外包决策都将是二进制结果(即,全部”,其他则什么也没做),”分析师l在给客户的说明中写道。“鉴于台积电在EUV技术和容量准备方面显然已经远远领先于英特尔,考虑到其目前的立场,我们预计英特尔的CPU外包将是前进的最佳途径。”  

如果英特尔继续计划将其大部分产品外包给台积电,以在2022年赶上AMD,那么该晶圆厂是否有足够的能力服务于英特尔及其现有客户还有待观察,特别是保持请记住,由于AI,HPC和边缘计算的大趋势,与当前节点的需求相比,N3节点的需求可能更高。  

从英特尔的财务角度来看,资本支出非常省钱,可以利用台积电的制造能力来制造产品,同时专注于架构创新,但对于英特尔的长远未来而言,这可能并不是一个好的计划。台积电已经比英特尔拥有更多的EUV经验,并且在EUV生态系统中也具有一定的标准制定能力。如果英特尔不追赶潮流,那么它将持续很多年,并且将无法利用其卓越的制造工艺作为与竞争对手的竞争优势。


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