臺積電EUV光刻機將破50臺,5nm晶圓成本曝光

2020-12-27 電子工程專輯

據供應鏈消息指出，臺積電（TSMC）目前累計採購的 EUV （極紫外光）設備已超 35 臺，佔 ASML 過半產量，佔據了業界 EUV設備安裝量的 50%，以及約 60% 的 EUV 晶圓累計產量，比其他對手加起來還多。

據相關數據顯示，目前ASML總共出貨 EUV 設備只有約 71 臺，三星電子（Samsung Electronics）2021 年還不到 25 臺，同時 EUV POD（光罩傳送盒）採購量遠低於預期，而臺積電僅南科廠區就集中了近 20 臺，是臺積電3/5納米工藝據點，也是全球 EUV 工藝生產重鎮。

且臺積電的表現也證明了 EUV 技術的穩定性及優越性，以最新的 5 納米 12 吋晶圓下，仍然完成華為急單過半，據消息指出，在 9 / 15 前，出貨近 880 萬顆晶片，大約用了 4~5 個月，這已是相當不容易，因為 5 納米才剛量產不久，但其良率卻已相當的高，明年預期就可與成熟的 7 納米相當。當然這些數字只是市場推測，臺積電一向不評論客戶訂單。

據估算，ASML今年下半年可能會再出貨 22 臺EUV設備，明年全年最多50臺。據臺媒DIGITIMES報導，臺積電也將擴大採購 EUV 設備，搶下ASML明年超過1/3的供貨，這樣一來臺積電明年EUV機臺數將超 50 臺，估計可達 55 臺。相較之下，三星可能還不到一半，而英特爾更少，這將令臺積電持續維持工藝優勢。從 EUV 光罩盒的採購量看來也支持這樣的說法。

一臺EUV光刻機的價格大概是1.2億美元（約合8億元人民幣），也就是在2020年底前，臺積電光是買EUV設備就要花超過440億元人民幣，大約相當於臺積電當前兩個月的總收入。

早在2011年，臺積電就從ASML引進了第一臺研髮型號的EUV光刻機。在2012年，臺積電聯合英特爾、三星參股ASML推進EUV光刻機研發。可以說臺積電和ASML是辛辛苦苦一起合作努力了超過30年才能在今天稱霸全球。

這種合作模式，無論英特爾、三星還是中國大陸的晶圓代工廠商，都不可能彎道超車。

值得注意的是，在 EUV 成為顯學後，美光等內存大廠也開始更積極地引入 EUV，目前最新的臺中廠無塵室是設計成能使用 EUV 設備的，今年落成後可望進場評估。雖然美光沒有鬆口，但面對三星的壓力，將計劃提前也不令市場意外。

5納米晶片成本曝光

喬治敦大學沃爾什外交學院安全與新興技術中心（CSET）的兩位作者編寫的一份題為《AI Chips: What They Are and Why They Matter》的報告中，他們藉助模型預估得出，臺積電5納米製造的12吋晶圓成本約為16988美元，遠高於7nm約為9346美元的成本。

報告假想了一顆5納米晶片，該晶片大小與英偉達（Nvidia）P100 GPU相當，這款GPU基於臺積電16納米工藝節點製造，包含153億個電晶體，裸片面積為610 平方毫米，相當於電晶體密度25 MTr/mm 2。

由此計算，直徑300mm（12吋）的晶圓能夠生產71.4顆 610平方毫米的晶片，平攤單顆晶片成本將高達238美元（約合1600元人民幣）。

假設5nm GPU的晶片面積為610平方毫米，並且電晶體密度比P100 GPU高，達到907億個電晶體。下表中是用模型估算的臺積電90至5納米之間的節點電晶體密度。在90至7納米範圍內的節點，模型使用具有相同規格的假想GPU，包括電晶體除電晶體密度，假想的5納米 GPU與假設節點關聯。

CSET的成本模型使用的是無晶圓廠的角度，包含建造工廠的成本、材料、人工，製造研發和利潤等。晶片製造出來後，將外包給晶片測試和封裝（ATP）公司。所以這還只是晶圓製造成本，而一顆晶片的誕生還需要包含設計成本和封裝、測試成本，這部分的成本也是非常高的。

有市場研究機構給出數據，晶片的成本迅速暴增，7納米晶片設計成本為3.49億美元，5納米晶片設計成本將增至4.76億美元。也就是說，像設計一款A14或者麒麟5納米晶片，總成本可能高達近5億美元。

該機構通過調查估算後，每顆晶片的設計和封裝、測試成本，分別為108美元和80美元。

如果這份研究報告的準確性高的話，那麼意味著一顆5納米晶片支付的總成本將可能達到426美元（約為2929元）。

當然，這一估算也只是最理想的狀態，考慮到5納米工藝幾個月前才開始量產，其使用的晶圓廠以及設備都還沒有折舊，所以可能會有比較高的損耗。同時光刻機的成本也極高，由於EUV工藝複雜多達14層，每一層都要動用ASML的Twinscan NXE光刻機，而一臺EUV光刻機的價格高達1.2億美元。

實際上，麒麟9000的成本可以並不需要這麼多。因為電晶體密度大增，同是300mm（12吋）晶圓能切割出來的晶片增多，大概能夠切割出400顆麒麟9000晶片。若按此計算，使用N5製造610m㎡晶片的成本為42美元（287元人民幣），加上設計和封裝、測試成本，一顆晶片的最終成本可能在238美元（1570元人民幣）左右，比使用N7生產同樣晶片的233美元只貴了5美元。

在16/12納米節點上，同樣的處理器會大得多，製造成本為331美元。此外在N5時，還可以帶來15%的性能提升和30%的功耗下降。

但大家要做好的心理準備是，今年蘋果和華為的旗艦機註定不會太便宜。

3納米、2納米都在路上了

據此前供應鏈消息，臺積電雖然失去了華為的訂單，但AMD、英偉達、聯發科、高通與蘋果迎來了出貨旺季，已陸續加大7/5納米訂單。其中，7納米現已提前達到每月13萬片產能，年底約將再增至14萬片。而5納米目前由每月5萬片逐步提升，原定2021年上半8萬~9萬片月產能目標，近日已上調至10.5萬片，產能仍舊供不應求。

臺積電最近還公開了3納米工藝的產量目標，預計於2021年進入風險生產，2022年下半年量產單月產能可以躍升至5.5萬片；至2023年的單月產能更可以升至10萬片。首批生產晶圓將由蘋果全包，第二、第三批客戶則有英特爾、AMD、高通、賽靈思（Xilinx）及英偉達等。

與5納米相比，3納米可以在相同的功率水平下提高10-15%的性能，或者在相同的電晶體速度下降低25-30%的功率。International Business Strategies (IBS)給出的數據顯示，三星稱其3納米環繞閘極（GAA）工藝的成本可能會超過5億美元。

此外，臺積電還稱在2納米製造節點方面取得重大研究突破，有望在2023年中期進入2納米工藝試生產階段，並在一年後開始批量生產。

據悉，臺積電的2納米工藝將採用差分電晶體設計，採用GAA工藝為基礎的多橋溝道場效應(MBCFET)架構，解決FinFET因工藝微縮產生電流控制漏電的物理極限問題。而在極紫外光微顯影技術方面的進步讓臺積電的納米片（Nano Sheet）堆疊關鍵技術更為成熟，良品率的提升比預期的順利許多。

值得注意的是，這也是臺積電第一次將MBCFET設計用於其電晶體。

臺積電一位高管對外表示，「我們樂觀預計2023年下半年風險試產收益率將達到90%，這將有助於我們未來繼續贏得蘋果、匯達等主要廠商的大訂單」。同時，他還提到，量產將於2024年開始。

責編：Luffy Liu

本文綜合自IT之家、鎂客網、DIGITIMES、快科技報導

相關焦點

  • 臺積電傳來消息，超50臺EUV光刻機即將就位，晶片行業將變天
    ，近期擴大放單，累積的EUV機臺到2021年底將超過50臺。此前，無論是7nm還是5nm，華為都是臺積電最大的客戶。若不取消禁令，臺積電在後期的先進工藝可能會和華為無緣。另一方面，三星電子2021年的銷量不到25臺，EUV福特的購買量也遠低於預期。
  • 國內一臺都買不到,臺積電又買50臺Euv光刻機,差距這麼大
    而這其中最大的難點無疑就是生產晶片必備的光刻機，目前世界上最先進的光刻機是由荷蘭公司ASML生產，全球頂尖的代工廠商所使用的光刻機都是來自這家公司。而其實我們國內的代工廠商很早也向ASML提交了購買的申請，但直到如今EUV光刻機我們依然一臺都買不到。我們國內一臺都買不到，這就和目前全球最頂尖的代工廠商臺積電形成了鮮明的對比。
  • 國內一臺都買不到，臺積電又買50臺Euv光刻機，差距這麼大
    而這其中最大的難點無疑就是生產晶片必備的光刻機，目前世界上最先進的光刻機是由荷蘭公司ASML生產，全球頂尖的代工廠商所使用的光刻機都是來自這家公司。而其實我們國內的代工廠商很早也向ASML提交了購買的申請，但直到如今EUV光刻機我們依然一臺都買不到。
  • 臺積電傳來好消息，EUV光刻機採購量破50臺，中芯國際呢？
    EUV光刻機數量突破50臺不過對此，臺積電也是早有準備。根據臺媒DigiTimes 報導，為了加速先進位程推進，擴大高端晶片產能，累計 EUV 光刻機採購量到 2021 年底將超過 50 臺。這是一個什麼概念呢？
  • 臺積電採購30臺EUV光刻機衝刺7/5nm,ASML就近設立培訓中心
    臺積電在高端製程技術上衝鋒陷陣，已經成為光刻機龍頭 ASML 在 EUV 機臺上的最大採購客戶，累計已經購買了 30 臺 EUV 設備
  • 50臺EUV光刻機，臺積電遠超三星，沒EUV也能造7nm晶片
    50臺EUV光刻機，臺積電遠超三星，沒EUV也能造7nm晶片！在5nm製程上臺積電也最先量產，已經為華為麒麟9000生產了1000萬顆晶片，目前正在生產蘋果A14晶片，但三星追趕的速度也很快，最新的消息，高通驍龍875系列將交給三星代工，說明三星的5nm製程已經成熟。
  • 臺積電狂奔！EUV光刻機採購將超50臺，3nm或獲英特爾訂單
    EUV 機臺至 2021年底將超過50臺。此外，臺積電還擁有約 60% 的 EUV 晶圓累計產量。ASML 是唯一一家生產和銷售 EUV 光刻設備的公司。據最新消息稱，在5nm工藝大規模投產之後，臺積電將投產的下一代重大晶片製程工藝就是3nm，目前正在按計劃推進，計劃在2021年開始風險試產，2022年下半年大規模投產。據悉，臺積電3nm工藝準備了4波產能，其中首波產能中的大部分，將留給他們的大客戶蘋果。
  • 臺積電又買了13臺EUV光刻機?
    在今年早些時候，臺積電錶示，公司已在全球範圍內部署並運行了大約50％的所有極紫外（EUV）光刻工具，這意味著該公司使用的EUV機器比業內任何其他公司都要多。而根據Digitimes最近的一份報告，為了保持領先地位，臺積電已經訂購了超過十二臺ASML的Twinscan NXE EUV光刻機，並將於明年交付。
  • 50臺EUV光刻機,臺積電遠超三星,沒EUV能造7nm晶片嗎
    50臺EUV光刻機，臺積電遠超三星，沒EUV能造7nm晶片嗎現代信息技術離不開晶片，晶片主要分晶片設計、晶片製造、封裝測試三個環節，最早的晶片企業都是IDM模式，集設計、製造、封裝測試於一體，因此那時的晶片企業都是有實力的企業才能做得起，因為製造、封裝測試需要投入大量的資金在設備上。
  • 臺積電擁有著世界上一半的EUV光刻機，承包了全球EUV晶圓產能的60％
    在本周的技術研討會上，臺積電對他們在製程和封裝工藝等技術的最新進展做出講解，公布了5nm製程工藝和3nm製程工藝的一些消息。根據臺積電公布的消息，臺積電的N5工藝使用了第二代DUV+EUV光刻技術，是N7之後的一個完整節點，相比起N7，它在同性能下能夠節省30%的能耗，在同能耗下能夠實現15%的性能提升，邏輯電路密度是N7的1.8倍。
  • 三星壓力劇增，臺積電買下市場上50%的EUV光刻機
    如果要說半導體代工方面的巨頭那麼不得不提提臺積電了，在7nm時代，臺積電就靠先進的工藝將三星甩在身後斬獲了包括蘋果、華為等大訂單，而在5nm方面，臺積電繼續領先三星，比如蘋果的A14和A14X處理器，華為海思的則是麒麟1000及網絡處理器。
  • 三星臺積電EUV光刻機之戰,邏輯半導體縮放將繼續
    不過這對臺積電幾乎沒有影響，反而其最先進工藝的能力將來可能會不足。 特別是，臺積電的最新工藝嚴重依賴EUV設備，如果無法確保足夠的數量，則將難以承擔更多的無晶圓廠生產委託。 那麼2021年後，臺積電需要多少臺EUV光刻機？ 二、臺積電需要多少臺EUV光刻機？
  • 三星臺積電EUV光刻機之戰推演：榨乾ASML未來5年產能
    目前ASML是唯一可以提供EUV光刻機的供應商，其出貨量穩步增長，2016年出貨5臺、2017年出貨10臺、2018年出貨18臺、2019年出貨26臺，湯之上隆預計，到2020年ASML將出貨36臺EUV光刻機。
  • 狂購最強EUV光刻機！臺積電5nm、7nm賺大了
    得益於先進的工藝，臺積電今年的營收又要創新高，即便是沒有了華為這樣的客戶，也絲毫不受影響。臺積電昨日舉行南科3nm米晶圓廠上梁典禮，董事長劉德音透露，臺積電規劃的3nm廠廠房基地面積約為35公頃，當3nm進入量產時，當年產能預估將超過每月60萬片12寸晶圓。
  • 三星臺積電 EUV 光刻機之戰推演:榨乾 ASML 未來 5 年產能
    不過這對臺積電幾乎沒有影響，反而其最先進工藝的能力將來可能會不足。特別是，臺積電的最新工藝嚴重依賴 EUV 設備，如果無法確保足夠的數量，則將難以承擔更多的無晶圓廠生產委託。那麼 2021 年後，臺積電需要多少臺 EUV 光刻機？二、臺積電需要多少臺 EUV 光刻機？
  • 臺媒：臺積電EUV光刻機採購量將突破50臺
    集微網消息（文/holly），據臺媒digitimes報導，臺積電加速先進位程推進，近期擴大釋單，累計EUV光刻機至2021年底將超過50臺。EUV設備採購規模已逾30臺，光是5/3nm據點的南科目前就達20臺。
  • 臺積電已經擁有50%的EUV光刻機和60%的EUV晶圓產能
    極紫外光刻機臺積電在過去的幾年裡一直超級努力在本周舉行的臺積電技術研討會上公布了很多東西，如12納米節點的更新，以及未來的節點發展計劃。本周最有趣的公告之一是臺積電對極紫外光刻機的擁有數量：臺積電已經擁有全球50%的EUV光刻機。更重要的是臺積電實現了全球所有EUV晶圓產能的60%，這是臺積電利用設備所能達到的巨大成就。
  • 臺積電5nm晶圓每片成本曝光，蘋果、華為新機註定要漲價？
    眾所周知，目前全球擁有能力製造5nm晶片的企業屈指可數，臺積電便是其中的佼佼者，而就在近日，外媒傳來消息，上遊供應鏈曝光了臺積電5nm晶圓每片成本的價格，相較於同公司的7nm而言確實貴出了不少，更重要的是，基於5nm生產的移動晶片A14和麒麟9000或將因此大幅度漲價！
  • 【暴增】臺積電EUV光刻機採購量將突破50臺
    1.臺媒：臺積電EUV光刻機採購量將突破50臺2.美恐「制裁」中芯國際，外資看好臺積電、聯電轉單效應3.5G智慧型手機拉貨，敦泰觸控驅動IC出貨逐季看增4.防堵中國！日本擬與美德等國合作管制尖端技術出口5.生產全面替代進口高品質半導體封裝設備？
  • 臺積電EUV光刻機將超過50臺,這一次卻不是為了華為
    最近臺積電宣布自己將會在2021年擁有超過50臺EUV光刻機，難道臺積電要為華為繼續代工？提及現今全球最先進的晶片代工企業，無論如何都是繞不過臺積電的，作為全球第一的晶片代工企業，臺積電長期佔據著晶片代工市場50%以上的份額。