臺積電5nm晶片的製造成本曝光

2020-11-29 騰訊網

摘要：作為全球最大最先進的晶片代工廠，臺積電在半導體製程工藝技術上一騎絕塵，是全球首家量產5nm工藝的晶片代工廠，蘋果最新推出的A14處理器就是採用了臺積電的5nm工藝製造的。不過，隨著摩爾定律的持續推進，製程工藝的提升越來越困難，成本也越來越高。

作為全球最大最先進的晶片代工廠，臺積電在半導體製程工藝技術上一騎絕塵，是全球首家量產5nm工藝的晶片代工廠，蘋果最新推出的A14處理器就是採用了臺積電的5nm工藝製造的。不過，隨著摩爾定律的持續推進，製程工藝的提升越來越困難，成本也越來越高。

最近，有人發表了對臺積電晶圓成本和價格的估計。毫不奇怪，每一種新的製造技術都使晶片的加工變得越來越昂貴，因為節點往往需要更多的資金。臺積電最新的N5（5nm）製造工藝在每片晶圓上顯得特別昂貴，因為它是新晶圓，但是其電晶體密度使其特別適合電晶體數量眾多的晶片。

著名的半導體博客作者RetiredEngineer發布了一張表格，其中按臺積電計算了2020年臺積電每個假設晶片的銷售價格。該表格的來源未提及，但可能來自於一份涵蓋代工業務和製造商的最新半導體報告。

該模型基於假想的5nm晶片，該晶片大小為Nvidia P100 GPU（610 mm2，907億個電晶體，速度為148.2 MTr / mm2）。就每個圖案化的300毫米晶圓的晶圓代工銷售價格而言，該模型考慮了諸如CapEx，能耗，折舊，組裝，測試和包裝成本，晶圓代工營業利潤率以及其他一些因素。同時，每個晶片的代工銷售價格還包括設計成本，但是這個數字因公司而異，並且因節點而異（即，不同公司的610 mm2 5nm的設計成本不同，並且610 mm2晶片的實現方式也不同）由於設計規則和IP的不同，每個節點之間也是如此），因此應不是一成不變的。

據估計，臺積電出售使用其N5技術處理的300mm晶圓，售價約為16,988美元（約合114820元）。相比之下，這家全球最大的半導體合同製造商對使用其N7節點圖案化的300mm晶圓的價格約為9,346美元（約合63168元），對於使用16nm或12nm技術製造的300mm晶圓的價格為3,984美元（約合26927元）。

如今，有許多因素使臺積電的N5節點使用起來如此昂貴。首先，臺積電在幾個月前開始生產5nm晶片，其晶圓廠及其使用的設備尚未貶值。其次，N5在很大程度上依賴於極紫外光刻技術的使用，並且最多可以在14層上使用。根據ASML的說法，每月每個大約45,000個晶圓開始，一個EUV層就需要一個Twinscan NXE步進掃描系統。據信，每個EUV工具的成本約為1.2億美元，而且這些掃描儀的運行成本也相當高。鑑於臺積電的體積，其N5技術需要大量此類掃描儀。因此，臺積電要折舊N5所用的晶圓廠和設備將花費一些時間。

但是，即使按當前成本計算，由於其高電晶體密度和性能，對於高度複雜的晶片製造商來說，使用臺積電的領先工藝也很有意義。根據提供的數字，使用N5製造610mm2晶片的成本為238美元（約合1608元），而使用N7生產同一晶片的成本為233美元（約合1574元。在16 / 12nm節點上，同一處理器將大得多，製造成本為331美元（約合2237元）。與N7相比，在N5時，晶片不僅會相對較小（更精確地說為610mm2），而且在給定功率下運行速度也會快15％，或者在給定頻率下功耗會減少30％。

臺積電（TSMC）表示，其N5的壽命同時具有比N7更低的缺陷密度，因此晶片設計人員可以預期，最終基於N5的晶片的產量通常會高於基於N7的IC。鑑於N5用EUV單圖案替代DUV多圖案這一事實，後者是值得期待的。

在節點之間進行這種比較時要記住的一件事是，儘管它是基於臺積電和整個半導體行業的數據，但實際數字尚未得到臺積電的證實，因此它們可能並不完全準確，以上數字，僅作參看。

編輯：芯智訊-林子 來源：快科技、互聯範兒

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