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三星電子採用EUV開發7奈米晶片、追趕台積電

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科技產業資訊室 - May 發表於 2018年4月11日

圖、全球六大IC晶圓廠製程演進情況
(註:以晶圓廠製程量產之時間表)

 
據外媒報導,三星電子採用極紫外光(EUV)微影技術設備完成了7奈米製程技術的開發。一奈米(nm)等於一米的十億分之一。原本打算在今年(2018)下半年才能完成,但是卻提前六個月完成。量產將於今年開始,三星正準備向高通(Qualcomm)提供樣品,提供行動手機應用處理器(AP),當然,三星自家的Galaxy S10手機也應該會率先採用。
 
其實,自去年(2017)以來,三星電子在華城S3生產線引進EUV設備,為7奈米晶圓代工生產做好準備。現在,市場傳出三星已經完成了7奈米晶片製程技術開發,根據Sedaily的說法,上個月(2018.3) 7奈米製程的工作已經完成,負責工程師已經開始研究5奈米製程。
 
三星已經與包括高通(Qualcomm)在內的潛在客戶,分享樣品生產所需的設計數據庫。據報導,即將推出的Snapdragon 855將可能採用三星的7奈米製程生產,並將於今年底(2018)或最遲在明年初開始生產。Snapdragon 855將具有5G功能,顯然比現有晶片的運行速度快40%,將晶片性能提高10%,電池電耗減少35%。
 
當用於晶片時,奈米(nm)指的是晶片中節點的半間距測量。這些節點越接近,處理器就越密集。這造成使用更小的半間距測量的晶片處理速度更快、效率提升、功耗降低,同時更薄的晶片尺寸可騰出空間供更大的電池或設計來使用。
 
據說,三星電子為7奈米製程購置10多台極紫外光(EUV)微影技術設備。Sedaily表示,一台EUV機器的價格為2000億韓元(約合1.87億美元),因此維護EUV設備安全的負擔很重,使用EUV設備需要高度的專業技能。由於EUV設備的波長很短,因此可以繪製更複雜的電路,但同時需要極高的精密度。
 
雖然,生產7奈米晶片不一定需要EUV,三星的主要競爭對手台積電(TSMC)及格羅方德(GlobalFoundries)改用浸潤式光刻(immersion lithography)技術處理7奈米製程。由於EUV可以在更小的尺寸上進行優異的蝕刻,因此提早投資於EUV技術被視為三星的明智之舉。三星電子也開始開發5奈米製程技術,預計在明年完成5奈米製程技術的開發,並在華城S3生產線量產7奈米產品,並同時完成準備生產5奈米產品。然後,華城正在建設EUV生產線將從2020年開始生產基於7、6、5奈米製程技術產品。
 
目前,台積電以7奈米製程領先三星電子,明年(2019)台積電計劃完成基於EUV的7奈米製程技術開發。晶圓代工排名第二的格羅方德(Global Foundries)也決定在其7奈米製程技術中使用EUV設備。

去年底,三星與格羅方德及IBM宣布,未來將合作開發5奈米製程,至於何時量產尚不可知,但目標很明確,就是要拚過台積電的5奈米速度。

英特爾(intel)方面,去年在一項針對投資者的說明會中表示,他們將會在 2020 年量產 7 奈米製程處理器。但這個時間點相較於競爭對手台積電、格羅方德、三星預計將在 2018 年量產 7 奈米的時程來說來說,將晚了 2 年的時間。甚至,可能將延後到 2021 年正式量產。然而,之後,英特爾又承認10nm Cannon Lake處理器再次延期,預計量產時間將從原訂的2018年底延至2019年。

中芯國際方面,正借助國家資本設法在先進製程上追趕國際大廠。今年初宣布,中芯國際宣布聯手大基金、上海集成電路產業基金兩大政府基金,共同投資102.4億美元給旗下中芯南方,且挖來粱孟松協助搶攻14奈米技術發展,目標訂2019年底量產每年3.5萬晶圓。
 
結語
台積電董事長張忠謀曾於去年TSMC30週年,談到摩爾定律他認為已失效,關鍵在於時間,過去18~24個月電晶體密度就能增加1倍,未來製程工藝時間可能會拉長,同時製造成本也會增加而不會減半。然而,電晶體密度確定可倍數增加沒問題,且可望持續到2030年,只是2025年恐將先面臨成本經濟的挑戰。也就是說,未來晶圓的良率更困難,且研發及設備成本將更高,對晶圓代工廠而言,將是一大挑戰。尤其,對中國中芯以跳躍式進行晶圓製程演進,將是一項良率的大考驗。

由於,半導體晶片是第四次工業革命發展的引擎核心,未來許多產業的半導體含量將增加,結合人工智慧(AI)、加密貨幣、區塊鏈和自動駕駛汽車市場的需求強勁,以下世代汽車為例,預估2021年每輛汽車的半導體含量將從現今的336美元增長到361美元。所以,先進晶片代工業務看好後市發展。(1065字;圖1)
 
 
參考資料:
Report: Samsung takes huge step towards 7nm chip production. Android Authority, 2018/4/6.
Samsung Electronics Aims to Overtake TSMC by Developing 7-Nm Foundry Process. Business Korea, 2018/4/6.

台積電30論壇聚焦AI人工智慧。科技產業資訊室,2017/10/24。

中芯國際聯手兩大政府基金砸百億美元拼14nm。ESM國際電子商情,2018/2/1。
半導體製程/工藝/生產的秘密。威鋒網,2017/12/1。
英特爾宣布將在 2020 年到 2021 年間量產 7 奈米製程。財經新報,2017/6/12。


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