台積電為何這麼強?闕又上分析護國神山2大競爭優勢,是碾壓三星、intel的超強武器

2023-02-10 10:45

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製程超前,與英特爾拚技術

相較於三星擅長打價格戰,英特爾打的則是技術戰。商場上有這麼一句話,「當一個企業走到一個階段,前進和不動同樣具有危險。」因為往前進,投資新的7奈米、5奈米晶圓廠,動輒幾百億美元的資金,但你若不動,後面的追兵就趕上來了。

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這就是英特爾目前的處境,它投資7奈米量產持續落後,再來的5奈米,還有3奈米、2奈米呢?根據媒體報導,英特爾的宿敵超微(AMD),早已提前向台積電包下7奈米與5奈米產能。所以,英特爾在製程技術上落後於台積電,也導致在設計上的優勢發揮不出來,讓超微奪走了一些市佔率。

縱然目前在技術突破上,台積電暫時領先英特爾,但以技術起家的英特爾絕不是省油的燈,台積電能否一路超前,還得突破層層關卡。

很多人不了解為什麼先進製程技術突破這麼困難?第一個困難點在於摩爾定律的發展。電晶體的閘極長度,是電晶體構造中最細小也最難製作的,通常閘極長度愈小,意謂著管控電子通過的能力也變差,要做到又小又可靠,等於是要馬兒跑,又要馬兒不吃草的兩難。

一般來說,我們也以「閘極長度」來代表半導體製程的進步程度,也是所謂的「製程線寬」。從早期的0.18微米、0.13微米,進步到90奈米、65奈米、45奈米、28奈米,到目前可以量產的最先進製程是5奈米。當閘極長度愈小、晶片就愈小、封裝以後的積體電路就愈小,最後做出來的手機也愈小。或者說,在相同的空間裡,可放置的積體電路愈多,手機的效能愈大。

我們剛剛也提到,台積電介入高階封裝,封裝為什麼會變得重要呢?因為在摩爾定律之下線寬愈來愈小,從7奈米變5奈米、3奈米變2奈米,2奈米變1奈米(1不會變0),慢慢地決勝點可能就是在封裝。

現在是一個平面封裝,要愈做愈小,平面不行就要想辦法往立體發展。簡單比喻,假設允許你蓋一百坪的房子,你可以蓋一層一百坪,但是不符效益,我們就把它疊起來,蓋成三層樓的房子,每一層有三十五坪左右,也就是同樣的面積,往立體發展。

台積電在2013年左右就已經注意到2.5D甚至3D的封裝方式了,也開始關注當摩爾定律走到極限時,還有沒有什麼其他的技術可以突破?像是記憶體的存取效率是不是也要加入?不斷投入大量的研究發展費用,讓它的製程持續領先,研發專利也持續成長。

第二個困難點是保持良率。一片晶圓做出來通常需經過五百至一千道的製程步驟,以良率是99.9%來說,做一件事情能夠做到99.9%,已經很完美了,對不對?只差了0.1%而已。但在晶圓代工的世界裡,如果五百道步驟都扣了0.1,良率只剩下40%。所以,台積電的良率都維持在80%、90%,甚至更高,這代表它在每一個步驟上都要接近完美,這很不容易,也是一個長期的挑戰,而且需要不斷投資大量的資本。

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