三大先進(jìn)制程代工廠的路線圖

據(jù)集邦咨詢報(bào)道，臺積電、三星、英特爾等尖端制程代工廠紛紛發(fā)布 2nm 及以上制程路線圖，凸顯下一代 GAA 技術(shù)領(lǐng)先地位的開發(fā)競爭加速。

大型晶圓廠的前沿工藝路線圖。請注意，這是 TrendForce 根據(jù)各公司公布的計(jì)劃創(chuàng)建的，不一定完全如圖所示（來源：TrendForce，截至 2023 年 9 月）

臺積電將于 2025 年在寶山工廠開始量產(chǎn) 2nm 工藝

關(guān)于產(chǎn)業(yè)龍頭臺積電，集邦科技將于 2024 年第二季開始在中國臺灣新竹科學(xué)園區(qū)寶山地區(qū)（新竹縣寶山鄉(xiāng)）的工廠安裝量產(chǎn) 2 納米（N2）制程的制造設(shè)備。計(jì)劃于 2025 年第四季度開始量產(chǎn)，月產(chǎn)量約為 30,000 片晶圓（12 英寸晶圓）。此外，新指定為 2nm 量產(chǎn)基地的高雄工廠，將于 2026 年（即 N2 開始量產(chǎn)一年后）開始量產(chǎn) HPC 用背面供電技術(shù)的「N2P」。順便說一句，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，背面供電技術(shù)據(jù)稱可提高速度 10% 至 12%，邏輯密度提高 10% 至 15%。

臺積電似乎也計(jì)劃在中國臺灣北部（桃園）的龍?zhí)犊茖W(xué)園區(qū)建立一座 2 納米及以上的尖端半導(dǎo)體工廠（也許是為了增加 2 納米或 1.4 納米的產(chǎn)量），但這一計(jì)劃遭到了來自當(dāng)?shù)鼐用竦姆磳Α?0 月 17 日，臺灣多家媒體同時(shí)報(bào)道。新工廠原定建在臺灣政府科學(xué)園區(qū)管理局為科技園區(qū)第三期擴(kuò)建而征用的土地上，但許多當(dāng)?shù)鼐用癖灰箅x開，以便為工廠擴(kuò)建讓路。由于遭到公眾強(qiáng)烈反對，這個(gè)想法不得不被放棄。細(xì)節(jié)尚未透露，但暫時(shí)計(jì)劃在兩家工廠量產(chǎn) 2nm 產(chǎn)品，放棄本次拿地不會影響公司 2nm 工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)。

英特爾計(jì)劃在四年內(nèi)實(shí)現(xiàn)五個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)

另一方面，英特爾正在從 FinFET 快速發(fā)展到基于環(huán)柵 (GAA) FET 的 MBCFET 和 BSPDN（背面供電網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)。該公司制定了「四年內(nèi)實(shí)現(xiàn)五個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)」的快速小型化目標(biāo)，并計(jì)劃在 2024 年趕上并超越其他公司。英特爾計(jì)劃于 2024 年上半年開始生產(chǎn)采用基于 GAA 技術(shù)的 RibbonFET 晶體管架構(gòu)的英特爾 20A 工藝，并宣布計(jì)劃將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到其衍生的英特爾 18A 工藝。

英特爾 4 年內(nèi)實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的路線圖（來源：英特爾，2023 年 8 月）

該公司目前正在其愛爾蘭工廠量產(chǎn) Intel 4 工藝，但尚不清楚該公司是否擁有足夠的 EUV 曝光設(shè)備，該公司是否能夠按計(jì)劃維持其路線圖還有待觀察。此外，該公司計(jì)劃領(lǐng)先于其他公司推出針對 2 納米左右制程的高 NA（NA=0.55）的 EUV 曝光設(shè)備，但高 NA EUV 曝光設(shè)備也已如期推出，目前尚不清楚。它將投入實(shí)際使用。

三星從 3nm 開始采用 GAA 將是未來的試金石

三星的代工業(yè)務(wù)先于其他公司采用了 3nm 工藝的 GAA 架構(gòu)，但似乎正面臨良率低等問題。該公司計(jì)劃于 2025 年開始采用 2nm 工藝量產(chǎn)，并計(jì)劃于 2027 年開始采用 1.4nm 工藝量產(chǎn)。臺積電和英特爾計(jì)劃從 2nm 工藝開始采用 GAA 架構(gòu)，但較早引入 GAA 的三星如果能利用其在 2nm 的經(jīng)驗(yàn)，將獲得先發(fā)優(yōu)勢，提供比其他公司更高的良率并贏得市場

此外，主要受到美國對中國半導(dǎo)體法規(guī)影響的中芯國際已暫停其小型化計(jì)劃。這是因?yàn)?ASML 的 EUV 光刻設(shè)備尚未可用，但他們似乎已經(jīng)利用現(xiàn)有的 ArF 浸沒式光刻設(shè)備實(shí)現(xiàn)了使用多重圖案化的 7nm 工藝，并且也有傳言要達(dá)到 5nm 工藝。此外，日本 Rapidus 計(jì)劃在合作伙伴 IBM 和 imec 的合作下，于 2027 年底在日本開始量產(chǎn) 2nm 工藝，但未來的路線圖仍在進(jìn)行中，直到 2nm 工藝推出為止?？梢?，因?yàn)樗豢梢姟４送?，臺積電和三星還制定了 2027 年將 1.4 納米作為尖端工藝應(yīng)用于量產(chǎn)的路線圖。

中國大陸成熟制程產(chǎn)能觀察

據(jù) TrendForce 集邦咨詢統(tǒng)計(jì)，2023~2027 年全球晶圓代工成熟制程（28nm 及以上）及先進(jìn)制程（16nm 及以下）產(chǎn)能比重大約維持在 7:3。中國大陸由于致力推動(dòng)本土化生產(chǎn)等政策與補(bǔ)貼，擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度最為積極，預(yù)估中國大陸成熟制程產(chǎn)能占比將從今年的 29%，成長至 2027 年的 33%，其中以中芯國際（SMIC）、華虹集團(tuán)（HuaHong Group）、合肥晶合集成（Nexchip）擴(kuò)產(chǎn)最為積極。

Driver IC 方面，主要采用 HV（High Voltage）特殊工藝，各家業(yè)者近期聚焦 40/28nm HV 制程開發(fā)，而目前市場制程技術(shù)較領(lǐng)先的業(yè)者是聯(lián)電（UMC），其次是格芯（GlobalFoundries）。不過，中芯國際 28HV、合肥晶合集成 40HV 將先后于今年第四季、明年下半年進(jìn)入量產(chǎn)階段，并與其他晶圓代工業(yè)者的技術(shù)差距逐漸縮小，尤其制程能力與產(chǎn)能相當(dāng)?shù)母偁幷呷缌Ψe電（PSMC），或暫無十二英寸廠的世界先進(jìn)（Vanguard）、東部高科（DBHitek）短期內(nèi)將首當(dāng)其沖；對聯(lián)電、格芯中長期來看也將造成影響。

CIS/ISP 方面，3D CIS 結(jié)構(gòu)包含邏輯層 ISP 與 CIS 感光層，主流制程大致以 45/40nm 為分水嶺，邏輯層 ISP 制程將持續(xù)往更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)發(fā)展；CIS 感光層與 FSI/BSI CIS 則以 65/55nm 及以上為主流。目前技術(shù)領(lǐng)先業(yè)者以臺積電（TSMC）、聯(lián)電、三星（Samsung）為主，但中芯國際、合肥晶合集成緊追其后，除持續(xù)追趕制程差距，產(chǎn)能也受惠中國智能手機(jī)品牌 OPPO、Vivo、小米（Xiaomi）等支撐，加上陸系 CIS 業(yè)者 OmniVision、Galaxycore 與 SmartSens 響應(yīng)政府政策，陸續(xù)將訂單移回中國大陸進(jìn)行投產(chǎn)支撐。

Power Discrete（功率元件）方面，主要涵蓋 MOSFET 與 IGBT 兩種產(chǎn)品，世界先進(jìn)、HHGrace 深耕 Power Discrete 制程已久，制程平臺及車規(guī)驗(yàn)證覆蓋完整性皆較其他同業(yè)更高。而受惠于大陸電動(dòng)車補(bǔ)貼政策以及鋪設(shè)太陽能相關(guān)基礎(chǔ)建設(shè)，陸系晶圓代工業(yè)者據(jù)此獲得更多切入機(jī)會，包含主流代工廠 HHGrace、中芯國際、合肥晶合集成、CanSemi 在內(nèi)的業(yè)者，加上本土小型的 Power Discrete IDM、晶圓廠如 GTA 及 CRMicro 等均加入 Power Discrete 競爭行列。若大陸產(chǎn)能同時(shí)大量開出，將加劇全球 Power Discrete 代工競爭壓力。

整體而言，中國大陸透過積極招攬海外及境內(nèi) IC 設(shè)計(jì)業(yè)者投產(chǎn)或研發(fā)新品，目的為提高本土化生產(chǎn)的比例，但大幅擴(kuò)產(chǎn)的結(jié)果可能造成全球成熟制程產(chǎn)能過剩，且隨之而來的將會是價(jià)格戰(zhàn)。TrendForce 集邦咨詢認(rèn)為，中國大陸成熟制程產(chǎn)能陸續(xù)開出，針對 Driver IC、CIS/ISP 與 Power discrete 等本土化生產(chǎn)趨勢將日漸明確，具備相似制程平臺及產(chǎn)能的二、三線晶圓代工業(yè)者可能面臨客戶流失風(fēng)險(xiǎn)與價(jià)格壓力，技術(shù)進(jìn)展和良率將是后續(xù)鞏固產(chǎn)能的決勝點(diǎn)。