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关键布局!又一座先进晶圆厂正式动工

来源:全球半导体观察       

近日,全球最大的#半导体制造商#台积电(TSMC)子公司TSMC Arizona在美国亚利桑那州凤凰城的第三晶圆厂举行了破土动工仪式。该次破土动工的第三座晶圆厂紧邻TSMC Arizona已有的两座晶圆厂,预示着其将在亚利桑那州构建一个更庞大、更先进的半导体制造基地。

此前台积电已在同一厂区规划并建设两座先进晶圆厂。第一座晶圆厂预计于2025年上半年开始生产N4制程技术,第二座晶圆厂则预计于2026年开始生产更为先进的3纳米制程技术。此次破土动工的第三座晶圆厂,虽然具体制程技术和产能规划尚未完全公布,但外界普遍预期将采用2纳米及更先进的制程技术,预计到本世纪末开始生产,以满足未来市场对高性能、低功耗芯片的巨大需求。

在人工智能(AI)和高性能计算(HPC)的驱动下,全球半导体#先进制程竞赛愈发激烈,台积电、三星和英特尔正展开一场“三国演义”。

01英特尔:重塑IDM 2.0战略,力图夺回制程王座

曾经的半导体霸主#英特尔,近年来在先进制程的竞赛中略显颓势,但这家老牌巨头正以其坚定的决心和庞大的研发投入,积极展开一场旨在重塑辉煌的“复兴之战”。在晶圆制造领域,由英特尔新任CEO陈立武(Lip-BuTan)领军的英特尔代工服务(IFS)部门,正扮演着至关重要的角色。

英特尔被寄予厚望的18A(1.8纳米)制程正按计划稳步推进。在近期的2025英特尔代工大会上,公司高层宣布,18A已进入风险生产阶段,并有望在今年实现量产。

18A制程的核心创新在于采用RibbonFET全环绕栅极晶体管架构。相较于传统FinFET,RibbonFET通过更精密的栅极控制,能够显著提升晶体管的性能和能效。此外,PowerVia背面供电技术的引入,通过将供电网络置于芯片背面,解放了正面布线空间,从而进一步提升了芯片的密度和性能。

英特尔的制程技术演进并未止步于18A。性能增强版的18A-P制程以及结合先进3D封装技术的18A-PT制程也已进入早期晶圆的工厂生产阶段。这表明英特尔不仅在基础晶体管技术上寻求突破,还在积极布局先进封装技术,如EMIB-T、Foveros-R和Foveros-B等,以应对未来复杂芯片设计的挑战,满足人工智能(AI)和高性能计算领域对更高带宽互连和异构芯片集成的需求。

作为18A的下一代演进,14A制程的研发工作也在积极进行中。英特尔已开始与关键客户就14A进行合作,并发布了早期的工艺设计套件(PDK)。该制程预计将在2027年前后进入风险生产,目标是实现高达15%-20%的能效提升和1.3倍的芯片密度增加,进一步缩小与竞争对手在制程能力上的差距。

为了支持其先进制造能力的建设,英特尔位于亚利桑那州的Fab52晶圆厂已成功运营,并完成了首批晶圆的制造,为今年在美国建立先进的Intel18A晶圆制造能力奠定了坚实的基础。尽管18A的量产预计将首先在俄勒冈州的晶圆厂启动,但亚利桑那州工厂的重要性正日益凸显。

在深耕先进制程的同时,英特尔代工服务部门也积极拓展成熟工艺节点的代工业务,以满足更广泛的市场需求。近期,英特尔宣布与中国台湾知名代工企业联华电子(UMC)达成重要合作,将在美国亚利桑那州的英特尔工厂导入联华电子的12nm工艺节点。

联华电子主要的制造基地集中在亚洲,此次合作对于其实现更均衡的全球布局具有战略意义。根据合作协议,在英特尔亚利桑那工厂生产的联华电子晶圆将继续由联华电子负责销售,英特尔主要提供场地和部分人力资源。双方的商业模式细节尚未公开,但预计联华电子将根据销售额向英特尔支付相关费用。

联华电子美国公司总裁林天敬对12-17nm等更先进的成熟制程市场前景表示乐观,预计到2028年该市场规模将超过200亿美元,尤其在逻辑和无线通信领域的需求将持续增长。正是基于这一市场洞察,两家公司携手推动UMC 12nm工艺在英特尔工厂的落地。

此外,英特尔也在积极响应客户对成熟制程的需求。其位于爱尔兰的工厂,作为Intel 3/4节点的主要生产基地,已开始为中国台湾的联发科生产基于Intel 16(16nm级FinFET节点)的芯片。英特尔表示,这一决策是基于客户对成熟且具成本效益工艺节点的需求。未来,英特尔将根据客户需求,包括对联电12nm的需求,考虑在其位于欧洲和美国的工厂进一步扩大成熟工艺节点的生产能力。

英特尔已明确宣示其宏伟目标,即在2030年成为全球第二大代工厂。为了实现这一目标,公司正积极争取外部代工客户,并强调其代工服务将专注于为AI时代提供系统级的代工解决方案,涵盖CPU、GPU、AI加速器以及先进封装等多个关键领域。通过在先进制程上的持续突破和在成熟制程领域的积极拓展,英特尔重塑其在半导体产业的领先地位。

02三星:GAA的坚守与2nm的追击

作为全球存储芯片的龙头代表企业之一,#三星在晶圆代工领域也展现出强劲的实力和追赶的决心。其在GAA(Gate-All-Around,环绕式栅极)技术上的率先采用,以及对下一代2nm制程的积极投入,都彰显了其挑战行业领导者地位的雄心壮志。

三星在先进制程方面的主要发力点集中在GAA技术的持续演进和2nm制程的加速推进。

三星是首家大规模采用GAA技术的#晶圆代工厂,尽管初期在3nm工艺上遇到了一些良率和客户导入的挑战,但公司持续强调其GAA技术的成熟度正在不断提升,并将其视为AI时代的关键驱动技术。三星的GAA制程已进入量产第三年,良率和性能持续提高,为未来在更先进的制程节点上大规模应用GAA积累了宝贵的经验。

为了缩小与台积电的差距,三星正全力推进其2nm制程的研发。最新的市场消息显示,三星计划在2025年5月开始试生产其首款2nm芯片Exynos2600,并有望应用于2026年初发布的三星GalaxyS26系列。如果这一消息属实,将意味着三星在2nm竞赛中取得了重要的进展。

为了进一步巩固其技术领先地位,三星在2024年发布了SF2Z(第二代2nm工艺,采用背面供电网络BSPDN技术)和SF4U(4nm工艺的升级版)。SF2Z预计在2027年量产,而SF4U则预计在2025年量产。这些新的制程节点展示了三星在持续提升现有制程性能的同时,也在积极布局未来的技术方向。

值得注意的是,近期有报道指出,AMD最终决定放弃采用三星的第四代4纳米工艺(SF4X)来生产芯片,称AMD正在加强与台积电的合作,甚至可能将其部分EPYC服务器CPU的订单也转向台积电位于亚利桑那州的工厂生产4纳米工艺的芯片。具体原因尚未明确,但此举被视为给三星代工业务带来一定的压力,并可能反映了客户在选择代工厂时的复杂考量。

另外,三星位于美国德克萨斯州泰勒市的晶圆厂被视为其重要的海外制造基地。该工厂计划采用包括3nm和2nm在内的先进工艺进行生产,预计2nm芯片的生产线将于2026年开始运营。值得一提的是,人工智能芯片公司Groq已被确认为该工厂的首个客户,这标志着三星在争取AI芯片代工订单方面取得了初步成功。

三星目前正积极寻求与多家AI芯片设计公司建立合作关系,希望能够借助其先进的GAA制程技术,赢得更多高性能AI芯片的代工订单。

03台积电:稳扎稳打,进一步巩固先进制程霸主地位

台积电在先进制程方面的策略主要是保持技术领先的同时,确保大规模量产的稳定性和良率。

台积电总裁魏哲家近期公开表示,其2纳米(N2)制程技术的开发进展顺利,预计将于2025年下半年如期量产。值得注意的是,有消息指出,台积电N2制程的缺陷密度表现已比肩甚至超越其成熟的5纳米家族,远优于同期7纳米和3纳米制程。并且N2制程预计将采用纳米片(Nanosheet)晶体管架构,进一步提升性能和能效。

台积电并未满足于N2,而是积极布局更先进的A16™制程。该制程将采用独创的超级电轨技术(SuperPowerRail,SPR),这是一种领先的背面供电解决方案,旨在进一步提升芯片的性能和功率效率。

台积电于2022年率先量产3纳米(N3)制程技术,并持续提升其良率和产能。目前,N3及其衍生版本N3X(高性能计算)和N3AE(汽车应用)正在积极量产中,其晶圆十八厂是主要的生产基地。

另外台积电的财务报告清晰地展现了其在先进制程领域的强大竞争力。2024年,7纳米及以下先进制程的销售金额占其整体晶圆销售金额的69%,高于2023年的58%。这一数据有力地证明了市场对台积电先进制程技术的强烈需求。

台积电深刻认识到高性能计算(HPC)和人工智能(AI)将是未来半导体市场的主要驱动力。该公司预测,到2030年,这两个领域将占全球半导体市场的45%,为其先进制程业务带来巨大的增长潜力。

AI芯片对先进制程和先进封装能力的需求都非常旺盛。台积电在CoWoS等先进封装技术方面也处于领先地位,并宣布将继续调涨先进制程和封装代工价格,以反映市场供需关系和其技术的稀缺性。

04结语

英特尔、三星和台积电在先进制程领域的竞争,是一场关乎未来科技发展命脉的“三国演义”。英特尔正以其IDM2.0战略和激进的制程路线图,力图重返巅峰。三星则凭借其在GAA技术上的积累和对2nm制程的执着,奋力追赶。而台积电则以其稳健的技术演进、卓越的良率控制和庞大的客户生态,牢牢捍卫着其市场领导地位。

在AI、高性能计算等新兴技术的驱动下,对更小、更快、更节能芯片的需求将持续增长。这场在纳米尺度上的技术竞赛,不仅将塑造全球半导体产业的格局,更将深刻影响着我们未来的智能世界。谁能在下一代制程技术上率先取得突破,谁就能在未来的科技竞争中占据更有利的地位。这场“三国演义”的精彩续集,值得我们持续关注。