英特爾本來遙遙領先,為何現在落後台積電?問題出在14奈米:彎道超車會翻車

2023-02-20 12:40

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在製程上彎道超車的危險性

技術和製程的突破,是一個長期累積的過程。中芯或三星一直強調「彎道超車」,這是非常大的錯誤。首先,這個世界沒有這麼多彎道給你超車,而且彎道超車是最危險的,萬一對向來的是大卡車呢?我們先來看一個「前車之鑑」。

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從早期的晶圓製程一直到 22 奈米,英特爾的技術都是領先的,而且是無可撼動的龍頭地位。大概在 2016 年進入 14 奈米的時候,開始被台積電超車。台積電從 22 奈米到 14 奈米,是循序漸進的,但英特爾竟然是從 22 奈米,直接跳到 14 奈米。為什麼要提這件事?因為到 20 奈米以後,製程技術的突破就非常困難了。

怎麼說呢?奈米遠遠小於人類視覺可觀察的範圍,我們看不到也摸不到奈米。通常,肉眼可見的在 1 毫米到 100 公尺之間,光學顯微鏡可見範圍大約是 1 毫米到 100 奈米,細菌大約是 2 到 3 微米,病毒更小,大約只有幾十奈米,要靠電子顯微鏡才能看見。以 1 奈米等於 10 億分之 1 公尺來計算,如果把地球縮小為奈米尺寸的話,那麼地球大約只有一顆玻璃彈珠那麼大。

進入 20 奈米以下的製程技術,代表要製作出只有五分之一病毒大小的電晶體結構。電晶體愈做愈小,也使得閘極與通道之間的接觸面積過小,結構容易漏電。直到美國加州大學柏克萊分校的微電子學家胡正明、Tsu-Jae KingLiu、Jeffrey Bokor 等三位教授發明了 FinFET(Fin Field Effect Transistor,鰭式場效電晶體),才解決問題。

中國大陸這幾年掀起芯片熱,某電視節目主持人問主講者,「為什麼我們原子彈做得出來,晶片做不出來?」主講者回答:「因為台灣有兩個人,一個是張忠謀,一個是胡正明。」胡正明曾任台積電技術長,而 FinFET 正是閘極長度縮小到 10 奈米以下的關鍵。過去幾年台積電與三星的技術競爭中,台積電幾乎完勝三星,這和台積電擁有成熟的 FinFET 製程與專利密不可分。

另一方面,台積電在 20 奈米以下先進製程追上後,英特爾決意「彎道超車」,從 22 奈米直接切入 14 奈米。然而,因為跳躍幅度太大,讓一向在製程上領先的英特爾,也在 2020 年第二季財報上透露, 7 奈米製程技術存在「嚴重缺陷」,只能延後量產,預計要到2022下半年才能亮相。

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