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3nm这么高端,为什么不用呢?

时间:2024-02-25 20:59:22 科技迭代

文章|半导体行业正在逼近摩尔定律的极限,但它的魅力却无穷无尽。

从14nm、7nm到如今的3nm、2nm,国际各大厂商对摩尔定律的追求几乎达到了顶峰。

围绕3nm节点,全球巨头之间的竞争非常激烈。

然而,3nm节点呈现出不同的特征。

该节点的研发和生产成本极高,也增加了供应商和客户的风险。

所有玩家都力求在先进技术和成本之间找到平衡点。

这场巨头竞争的背后,真正的客户市场在哪里?或者说,为什么没有顾客呢? 3nm与台积电竞争。

2016年9月,台积电董事长刘德音首次透露3nm工艺进展。

他表示,目前正在组织300-400人的团队进行研发。

在 2022 年技术研讨会上,台积电分享了有关即将推出的 3nm 节点的一些细节。

台积电的第一个 3nm 节点是“N3”节点。

该节点于2018-2019年公布,计划于今年下半年发布。

三星 2018年,三星电子在美国举行的2018三星半导体代工论坛上公布了其全面的芯片工艺技术路线图,其中包括5nm、4nm、3nm三种先进工艺。

今年6月30日,三星宣布成为全球首家开始量产3nm工艺芯片的厂商。

三星表示,其第一代3nm工艺相比5nm产品,功耗降低45%,性能提升16%,节点面积缩小16%;其第二代3nm工艺将功耗降低50%,性能提升30%,节点面积减少35%。

节点区域。

英特尔也在布局3nm工艺。

英特尔为其工艺节点引入了新的命名系统。

市场上Intel 3相当于其他厂商的3nm工艺。

根据Intel的工艺路线图,Intel 3将会在Intel 4之后发布。

在“Intel加速创新”线上发布会上,Intel计划在2023年下半年推出Intel 3,谁在用3nm?一般来说,芯片的性能与晶体管的数量有关,但考虑到芯片的功耗和面积不能太高,提高芯片性能的最好方法是减小微电子元件的尺寸和电路以及它们之间的距离,这样在芯片面积保持不变的情况下,可以插入更多的晶体管,性能自然会更强。

与电脑、汽车等产品相比,手机体积相当小,可以握在手中使用,而且还可以断开电源,方便使用。

这意味着手机除了性能之外,还必须考虑电池寿命和手机温度。

作为一款耗电大、发热大的芯片,采用新工艺不仅能提升性能,还能降低功耗、减少热量,提升用户体验。

这样的诱惑是任何手机厂商都无法承受的。

拒绝。

而现在芯片制造工艺已经成为手机的卖点之一,因此手机都争先恐后地采用新的制造工艺。

同样,其他便携式产品也准备采用先进工艺。

但并不是所有手机都能用3nm。

作为台积电最大的客户,苹果将率先尝试新工艺。

据传M2 Pro将基于3nm工艺打造。

M2 Pro是苹果推出的一款笔记本电脑,但除此之外,还没有其他品牌或其他产品采用3nm的消息。

为什么其他手机不能用?不采用最先进的3nm是不是就意味着手机落后了? 3nm工艺确实能够显着提升手机芯片的性能和能耗,但目前手机处理器的性能已经被严重超越,很难充分利用更多的性能。

而事实上,手机芯片并不总是处于巅峰性能。

几乎所有的手机都会有一个温控模块,当检测到温度过高时,会降低芯片性能,减少发热量。

一味追求制造工艺的先进,只会让纸面上的数据看起来更加华丽,却并不能给实际的用户体验带来太大的提升。

而且,处理器采用更先进的工艺也意味着其制造成本更高,手机的价格也更贵。

这部分成本需要由消费者承担。

因此,3nm作为其唯一客户也“处于危险之中”。

果然,8月底就有消息称,台积电内部决定放弃N3工艺,因为几乎没有客户愿意使用,包括苹果。

3nm车企无路可“用”:缺芯,却不是3nm车企先锋特斯拉目前HW3.0内部最先进的芯片制程工艺只有14nm,手机行业的7nm已经是四年前的事了?一辆号称现代工业之冠的汽车,用的是最先进的芯片,却这么“落后”,甚至比几千块钱的手机所用的芯片还要“落后”?简单来说,原因有三:车内空间广阔,芯片面积不受太大限制;无需担心芯片发热;与汽车本身的能耗相比,电力消耗很小,汽车不担心耗电。

而且汽车的使用场景比较固定,基本上只是简单地显示车辆信息、设置、地图、音乐、视频等场景,对芯片性能的要求相对较低。

而且各大车企推出的智能座舱能自由安装软件的并不多,更不用说安装玩原神这样对性能要求极高的游戏了。

这件事似乎不太现实。

因此,汽车行业并不需要太先进的芯片。

他们缺少的其实是那些技术成熟甚至可以称为“老”的基础芯片。

比如ESP芯片,130nm工艺,17年前的技术,现在供不应求,因为没有多少人愿意生产这种老芯片。

纯电动汽车电池管理芯片IGBT采用65nm工艺生产。

供应短缺的原因还在于没有多少制造商仍然保持着这样的旧生产线。

所以现在的情况是,这些被芯片行业视为古董的芯片,直接拖累了全球汽车行业的产能。

缺核心不缺3nm。

不需要或者买不起? 3nm代表着摩尔定律已经达到了极限,但无论是设计公司、制造厂还是封装厂,对先进工艺的研发从未停止过。

巅峰依然是他们永恒的追求。

先进工艺仍然关系到行业的命脉和国家安全。

关键是未来技术为王,落后者挨打。

3nm缺乏应用并不是一个负面信号,但还有其他原因吗?贵,太贵了 国际商业策略公司(IBS)首席执行官Handel Jones表示:“设计一颗28纳米芯片的平均成本为4000万美元。

相比之下,设计一颗7纳米芯片的成本为2.17亿美元,而设计一颗28纳米芯片的成本为2.17亿美元。

”一个5nm器件的成本为4.16亿美元,3nm设计的成本将高达5.9亿美元。

”在先进工艺设计成本方面,半导体技术研究机构Semiengingeering还计算了不同工艺下芯片的成本,其中在28nm节点开发芯片仅花费5130万美元。

投资方面,16nm节点需要1亿美元,7nm节点需要2.97亿美元。

到5nm节点,开发芯片的成本将达到5.42亿美元。

目前还没有3nm节点的数据,可能是因为3nm还处于研发阶段,成本不好。

估计。

但从这个趋势来看,3nm芯片研发成本可能接近10亿美元。

如此高昂的成本,即使是大型制造商也难以承受。

2018年,由于研发成本高昂,当时全球第二大代工厂GlobalFoundries被迫放弃7nm工艺的研发。

目前全球只剩下台积电、三星、英特尔还在向3nm、2nm巅峰冲刺。

昂贵的不仅是研发,还有整个生产链。

首先是晶圆代工成本。

根据 CEST 的模型,在 5nm 节点上构建的单个 300mm 晶圆成本约为 16,988 美元,在 7nm 节点上构建的类似晶圆成本为 9,346 美元。

可以看出,5nm工艺节点的每片晶圆代工价格比同尺寸的7nm晶圆高出了7000美元以上。

由此可以推断,基于3nm节点打造的晶圆成本可能达到3万美元左右,晶圆代工成本将进一步增加。

其次是口罩的成本。

从台积电的10nm到5nm,随着EUV光刻技术的应用,掩模版的使用数量有所减少。

5nm和10nm工艺使用的掩模数量相似。

然而,虽然掩模数量基本相同,但更先进的制造工艺增加了掩模的总成本,这可以反映出掩模平均成本的上升。

ASML第二代EUV光刻机价格预计将超过3亿美元。

最后还有昂贵的研发和劳动力成本。

人才匮乏一直是这个行业的热门话题。

台积电还能活下去吗?为什么N3变成N3E?最近台积电技术研讨会上的新闻大部分都是关于N3E的,最初的N3节点只是简单提及。

N3是台积电第一代3nm工艺。

与N5工艺相比,功耗可降低约25-30%,性能可提升10-15%,晶体管密度可提高约70%。

但N3工艺应用范围较窄,仅适合制造特定产品。

它针对的是具有较强投资能力和追求新工艺的早期客户。

只是太贵了,只适合苹果和英特尔愿意花钱的人。

结果,这两家公司不再使用它。

Wikichip甚至直言:“N3节点很奇怪”。

看起来是台积电废弃的一次性节点。

难道是台积电的工程师在这个过程中遇到了一些阻碍,决定中途改变,变成了N3E? N3E属于台积电的伞式营销“N3家族”,但N3E与N3有很大不同。

据说设计规则非常不同,IP 实现也不同,足以使它们设计不兼容。

客户也没有直接的 IP 迁移路径来将 N3 上的设计迁移到 N3E。

这次你能相信吗?苹果明年会使用它吗?台积电的3nm篮子里只有一颗来自苹果的“鸡蛋”。

摩根大通在最新报告中指出,台积电正面临联发科、AMD、高通、NVIDIA等四大先进制程客户的订单,并计划关闭四台极紫外(EUV)光刻机以减少产量。

届时,其月产能将大幅下降15000片,明年利润很可能下降8%,这是三年来首次出现利润下降。

据了解,台积电目前拥有约80台EUV光刻机,主要用于7nm、5nm及以下先进工艺,未来还将量产3nm工艺。

然而,随着PC、手机、显卡等产品的需求下降,所需的芯片数量势必受到影响。

苹果3nm跳单也会影响台积电吗?总而言之,今年的3nm缺天时、地利、人和。

不知道未来能否走出“水逆”。

我们热切地等待并观察变化。