臺積電正處於歷史最好的時代

2024-06-15 10:58
半導體行業觀察

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來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自techzine，謝謝。

臺積電在阿姆斯特丹舉行的技術研討會上傳達的核心信息是，它將根據芯片行業的願望採取行動。目前，這個願望就是向全球擴張。這家芯片巨頭的影響力比以往任何時候都要大，同時不斷挑戰自然極限。

臺積電技術研討會是科技公司的奇珍異寶。臺積電（TSMC）是全球第八大最有價值的公司，在這次活動中，從英飛凌（Infineon）到樹莓派（Raspberry Pi）等大大小小的合作伙伴都加入了進來。他們有一個共同點：他們的半導體都由臺積電製造，還有蘋果、Nvidia、AMD、汽車供應商等。即使是擁有自己芯片工廠的競爭對手英特爾，也將其全新 Lunar Lake 的部分生產外包給了臺積電。今年，臺積電總共生產了 150 種新產品，大大超過了去年的 120 種。如前所述，這些產品差別很大，而且採用了各種不同的格式。在 2008 年可能還是最先進的技術，現在卻可以用於更簡單的芯片或芯片部件。

增長、增長、增長

不用說，臺積電也沒有逃脫人工智能的炒作。首席執行官魏幸耘開玩笑說，你基本上必須扔掉任何不能被稱爲 "AI PC "的電腦。它曾多次面臨需求過剩的問題，尤其是在過去 12 個月裏，它一直是英偉達（Nvidia）向外界發佈 AI 硬件的最大瓶頸。因此，每塊 GPU 的價格飆升到了前所未有的水平，後者的市值也在撰寫本文時達到了三萬億美元。臺積電在金融領域也如魚得水：在臺北證券交易所，自 2024 年年初以來，其市值已經上漲了 50% 以上。

因此，與 2023 年相比，此次研討會的規模顯著擴大，演講者講述的技術故事也明顯減少。去年的主題是三維互聯和芯片堆疊的精確細節，而現在的主題是由人工智能推動的 "第四次工業革命"（前三次分別是水和蒸汽、電氣化和大規模生產以及計算機化）。與之前相比，這場革命的敘事範圍更廣，目標更遠大，與半導體的瑣事也有一定距離。

在這次活動中，臺積電本身的實際增長也是一個重點。之所以需要這種擴張，部分原因是上述人工智能芯片需求的激增。位於美國亞利桑那州的 "巨型工廠 "和位於德國德累斯頓的舊芯片工藝工廠最受關注。不過，中國臺灣本身和大洋彼岸的日本也在擴張。所有工廠都將採用標準化模式，臺積電稱之爲 "GIGAFAB"（包括大寫字母）。這包括對質量控制的精確要求，以及通過增強現實和虛擬現實提供遠程專業知識。因此，整個世界實際上就是一個臺積電芯片工廠，臺積電在其演示屏幕上將地球地球儀轉換成圓形的臺積電標誌時，並不隱晦地提到了這一點。

所有人的挑戰

從某種程度上說，人工智能的興起可謂生不逢時。就在所有人和他們的狗都把 2030 年作爲實現碳中和的一年時，人工智能的計算卻導致能源和資源使用的大幅增加。考慮到臺積電所處的高排放行業，它原本計劃在 2050 年實現零碳排放。現在，這一目標已被追溯到 2040 年，因爲它表示進展比之前想象的要快。

臺積電顯然希望儘可能高效地運營自己的工廠，但這甚至會對周邊環境產生積極的影響。據說，臺積電在日本的工廠爲當地提供的飲用水要多於其吸收的水量。當被問及此事時，臺積電透露，擬議中的德累斯頓工廠也可能採用類似的計劃，業務開發與海外運營辦公室高級副總裁 Kevin Zhang 強調說。

確定性

德國工廠將於今年第四季度開工建設。ESMC（歐洲半導體制造公司）是臺積電、博世、英飛凌和恩智浦的合資企業。這個名單可能已經讓你對新工廠的目的有所瞭解。也就是說，德累斯頓晶圓廠將不會生產全新的 iPhone 和 Nvidia 芯片，而是生產用於汽車和工業環境的硅片。因此，這裏的芯片生產工藝爲 N28、N22、N16 和 N12，比最先進芯片的生產工藝要大很多倍，也要老很多倍。順便說一句，最先進的芯片部件實際上已經被裝入汽車，但它們不會很快在歐洲製造出來。那麼，在芯片生產方面，歐洲大陸將無法獲得真正的自主權。

張忠謀告訴我們，芯片工廠的最終目標總是可以轉移的。在這種情況下，臺積電的領導層是在回應布魯塞爾保證本國半導體供應的願望。就德國而言，這主要是指確保汽車零部件的供應，但就臺積電而言，如果有必要，目標客戶可以（也可能）轉移。

臺積電打算將最新的工藝保留在中國臺灣。不久前，人們已經清楚地知道，這家芯片製造商及其合作伙伴 ASML 有辦法遠程禁用他們的系統。張忠謀假定了他的臺積電同事已經談到的相同原則：沒有芯片配方，任何芯片廚房都是無用的。這種專業技術也許可以轉移到亞利桑那州或德累斯頓，但就目前而言，（幸好）這是不可能的。目前，ASML 的 EUV 機器仍在中國臺灣的多個地點全速運行。

疑慮重重的高氮超高真空

說到 ASML，該公司的最新產品--名爲 TWINSCAN EXE:5000 的高納極紫外光掃描儀現已上市銷售。英特爾在錯失了 2015 年左右芯片領域上一次重大範式轉變--EUV 技術之後，全力以赴地推出了這款產品。幾個月來，臺積電似乎也在犯類似的錯誤。在研討會上，張忠謀解釋說："駕駛員的體驗與汽車的性能同樣重要。" 值得注意的是，EUV 的效率飛躍已經非常顯著。自推出以來，臺積電在 EUV 上的芯片產量增加了四倍多，缺陷率降低了八十倍，各種元件的壽命延長了四倍。

然而，臺積電首席執行官魏哲家最近卻祕密前往荷蘭維爾德霍芬敲開了 ASML 的大門。現在可以確定的是，ASML 將在 2024 年之前向臺積電交付一臺價值約 3.5 億歐元的高納秒級 EUV 機器。回顧英特爾近十年前的失誤，看看該公司用了多長時間才重新具備真正的競爭力，任何人都會替臺積電鬆一口氣。

事實上，英特爾已經可以指望微軟成爲其客戶，而 Nvidia 也在饒有興趣地關注臺積電的發展。Nvidia 曾在 2020 年臺積電無法滿足其要求時，使用三星生產 GPU，但那只是一次性的。隨着英特爾重返嚴肅的創新遊戲，實現越來越小的芯片工藝，臺積電不能再落後了。這不符合這家臺灣公司明裏暗裏堅持的兩大支柱：可預測性和創新領導力。

展望未來

如前所述，臺積電的短期前景良好。不過，有幾個行業和地區比其他行業和地區更健康。例如，全球芯片行業萎縮了 8%，而歐洲、中東和非洲地區則保持穩定。臺積電宣稱，2024 年將 "喜憂參半"，2023 年將是芯片製造商的調整年。人工智能硬件需求持續增長，智能手機和個人電腦行業溫和復甦，但汽車和物聯網行業則有些 "疲軟"。臺積電認爲，底線是：結構性增長依然強勁，尤其是其行業一直假設有較長期的起伏。自 1997 年以來，歐洲、中東和非洲地區芯片行業的平均年增長率爲 14%，這給我們帶來了希望。

從長遠來看，效率將是臺積電及其競爭對手的遊戲規則。這不僅體現在臺積電自身的運營上，更主要體現在其生產的半導體產品上。人腦的計算能力和現代半導體的複雜性很容易就能超越，而它只需要 20 瓦。向這樣的效率邁進似乎是科幻小說，但終究是必要的。畢竟，一不小心，數據中心就會消耗全球 7% 的電力。在臺積電，關於 "神經形態處理器 "的思考，即像人腦一樣具有突觸的芯片，現在已經進入了公開階段。這是一個有點引人注目的建議，尤其是因爲在這個小型展會上，荷蘭公司 Innatera 甚至推出了這樣一款處理器。然而，該產品只是一個存在探測器，尤其是如此深奧的設計，是一項令人印象深刻的工程壯舉，但顯然與臺積電暗示的類人智能相去甚遠。

在臺積電研討會上，我們還聽說應該考慮用其他材料來生產芯片。硅和銅目前是芯片和互連的基礎，但從長遠來看，半導體中氮化鎵和光子通信的使用將大幅增加。

在更短的時間內，臺積電將目光投向 N2，也稱爲 "2 納米 "工藝。該工藝中沒有任何測量點與該數字相對應，它只是一個營銷術語。不過，它確實比 iPhone 15 系列採用的 N3 或英特爾 Lunar Lake 採用的 N3P 小。即使是現在，N2 的良品率已經達到 80%，而 N2 要到 2025 年下半年才能部署。在目前的開發階段，這是一個特別高的數字。如果蘋果公司繼續作爲第一個在全新工藝上達成重大交易的公司，那麼最終的 iPhone 17 可能會成爲第一個使用 N2 的大衆市場產品。N2P 將在此基礎上進一步發展，並將於 2026 年出現。不過，N3 還將繼續 "擠奶"，正如研討會主題演講中提到的那樣。

緊隨其後的將是所謂的 "埃"（Angstrom）時代，即比納米更小一級的標準。在英特爾，這些工藝中的第一個將是 18A，計劃於 2025-26 年用於筆記本電腦的 Panther Lake 將在此工藝上運行。臺積電把 A 放在了數字前面（他們也善意地要求你在詢問時也這樣做），並將在未來幾年內推出 A16。它承諾比 N2P 效率提高 20%，速度提高 8%。這主要得益於背面功率傳輸，這是一種首次通過後端向芯片供電的方法。在此之前，這一直是在前端進行的，因爲前端有其空間限制。如今，爲了進一步改進芯片設計，有必要採取這些措施。畢竟，從長遠來看，原子數量太少，根本無法進一步縮小。隨着英特爾公司也再次在高端市場上展開競爭，不斷改進的動力比以往任何時候都要大。臺積電似乎很歡迎這種挑戰。

參考鏈接：

https://www.techzine.eu/blogs/infrastructure/120863/tsmc-is-in-better-shape-than-ever-despite-fierce-competition/

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