5nm芯片江湖要大镬？

转载：本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID:icbank），作者：畅秋，转载经授权发布。

上礼拜，有消息话，英特尔正喺度考虑重新设定其制程节点嘅命名规则，有可能完全抛弃之前嘅做法。如果此消息属实嘅话，则英特尔咁样做是完全合乎情理嘅，因为该公司在不耐前宣布要大规模迈入晶圆代工市场，而该市场嘅商业运作模式同传统嘅IDM有好大区别，IDM主要生产自家芯片，而晶圆代工则是为市场上嘅多家厂商生产芯片，情况要复杂嘅多，就制程节点而言，必须要有一套可以被市场快速接受嘅命名方法和规则，而当下嘅晶圆代工市场，特别是最先进制程，由台积电和三星将持，广大客户已经习惯‌这套命名规则，其实际上也成为咗业界标准。后来者进入该领域，就不得不向咁样嘅规则靠拢，先能更好嘅争取到客户，并提供便利嘅服务。 

英特尔嘅10nm制程已经实现量产，其晶体管密度达到‌100.8MTr/平方毫米，同台积电7nm相当。而被前者寄予厚望嘅7nm制程还未量产，最新消息显示，英特尔采用7nm制程节点工艺嘅Meteor Lake计算芯片预计在2021年第二季度开始tape in。实现大规模量产，恐怕要等到2022年嘎啦。而从技术指标来睇，英特尔嘅7nm相当于台积电和三星嘅5nm，呢一点，ASML公司有过相应嘅说明。 

英特尔宣布大规模进入晶圆代工市场嘅时间点，正系其7nm制程即将实现量产嘅时段。而如果该公司真嘅修改制程节点命名规则嘅话，则所作嘅文章重点应该是而家嘅7nm制程上，届时，如果将7nm改为5nm或类似表述嘅话，正好赶上其新建晶圆厂建设完成，工艺研发顺利嘅话，也会在嗰个时间段内完成，到时（大概是2022年），台积电和三星统治嘅5nm晶圆代工江湖，好可能出现第三家竞争者，也就是英特尔。 

全产业链聚焦5nm

当下，5nm晶圆代工市场依然由台积电主导，三星正喺度紧追，英特尔也紧盯该市场。未来几年，全球先进制程（10nm以下）市场产能总体呈现供不应求嘅状态，英特尔有望以5nm为起点，喺全球晶圆代工市场嘅先进制程领域向台积电和三星发起一波冲击。 

产能供不应求，市场需求不断增长，咁样嘅市场，不仅吸引住英特尔咁样嘅IDM龙头入场，产业链各环节上嘅厂商都纷纷发力，争取在呢一巨大市场分得一杯羹。 

半导体设备方面，就喺本周，中国中微公司董事长尹志尧表示，该公司开发嘅12英寸晶圆等离子刻蚀设备，已经进入‌客户嘅5nm制程生产线。等离子体刻蚀机是芯片制造中嘅一种关键设备，用来在芯片上进行微观雕刻，每个线条和深孔嘅加工精度都系头发丝直径嘅几千分之一到上万分之一，精度控制要求非常高。 

在EUV光刻机方面，全球仅有ASML一家公司掌握住EUV光刻机嘅核心技术，这也是5nm制程必需嘅设备，但EUV光刻机嘅成本十分高昂，每台售价高达1.2亿美元，几乎是DUV光刻机价格嘅2倍。 

根据ASML公司发布嘅财报，2019全年共出货‌26台EUV光刻机，2020年交付‌30多台EUV光刻机，2021年则会达到45-50台嘅交付量。这其中好大一部分都供畀‌台积电，用于扩充5nm，以及7nm产能。 

作为当下5nm制程产能嘅领导者，台积电被多家芯片厂商追捧。最近，又有一批5nm芯片将喺今年实现量产，仲有嘅在研发当度，有望在2022和2023年实现量产，到时候，加入战团嘅英特尔，有望从晶圆代工两强台积电和三星那里争到一啲订单。 

台积电5nm制程嘅最大客户是苹果，据报道，台积电将会在今年5月开始为苹果生产A15处理器，搭载于今年9月份即将亮相嘅手机iPhone 13。据悉，苹果A15芯片将继续采用5nm工艺打造，整体性能表现可能同上代A14差别唔多，但是由于台积电工艺技术嘅提升，喺功耗和发热方面将有所改善。 

华为海思原本是台积电5nm制程嘅第二大客户，但由于受到美国制裁，海思无办法获得台积电嘅晶圆代工支持，空出嘅相关产能也受到‌众多芯片厂商嘅追捧，其度，AMD成为咗大户，有望紧跟苹果之后，成为台积电5nm制程嘅第二大客户。 

也就系喺本周，采用5nm制程嘅AMD Zen4架构处理器再次曝光。 

在Zen3 Vermeer之后，锐龙CPu家族规划‌Zen3+ Warhol和Zen4 Raphael。Zen3+嘅变化包括6nm工艺、延续AMD4接口和对PCIe 4.0、DDR4内存嘅支持；Zen4嘅变化就更大嘎啦，包括5nm工艺、对PCIe 5.0、DDR5内存嘅支持、新嘅AM5接口等，另外，消息称Zen4 Raphael还将首次集成Navi2 GPU单元。 

有猜测话，Zen4 Raphael之所以能集成GPU，原因在于接口变化、5nm制程工艺晶体管密度更大、I/O Die升级到6nm等，从而为GPU留下空间。 

Zen4 Raphael将是业界首个5nm制程嘅x86处理器。而Zen 4架构嘅EPYC霄龙处理器嘅发布时间将会在2021年或者2022年初。Zen 4对AMD嚟讲至关重要，因为代号为“热那亚”嘅数据中心处理器将会采用全新嘅SP5接口，新嘅接口将显著改变处理器嘅I/O，并支持新嘅DDR5内存标准和PCIe 5.0标准。 

2020年3月，AMD公布‌GPU发展路线图，不仅包含‌Radeon RX 5700 XT RDNA，仲要阐述‌RDNA 2和RDNA 3。其度，RDNA 3在功能方面能够得到嘅消息还比较少，但从整体目标来睇，AMD仍然希望能够持续提高每瓦功率性能，功耗仍然是GPU总体性能嘅瓶颈，而更先进嘅制程工艺有助于提升功率效率。鉴于即将发布嘅RDNA 2可能不再局限于台积电嘅EUV 7nm+工艺，噉么RDNA 3可能会采用台积电嘅5nm制程工艺。 

近期，三星嘅5nm制程也有订单入账，3月下旬，高通公司公布‌下一款骁龙 7 系列处理器，名称为骁龙780G 5G，采用三星 5nm 工艺，代号 SM7350-AB。骁龙780G SoC 基于八核架构，是骁龙 768G 嘅继任者，将瞄准低预算嘅5G智能手机。 

另一大手机处理器厂商联发科也不甘示弱，该公司在2020年凭借天玑处理器嘅强劲表现，打‌个靓嘅翻身仗，仲要成为国内最大手机处理器供应商。不耐前，联发科还发布‌2021年开年产品——天玑1200/1100系列5G芯片，但该系列只是针对前代产品嘅小幅升级版，并未带来真正嘅旗舰芯片。 

呢排，最新报道显示，联发科首款5nm制程芯片将于今年第四季度正式投产，并于明年初正式发布，系一款专门针对高端市场嘅旗舰产品。 

之前有消息话，联发科5nm芯片将会被命名为天玑2000，目前已经获得‌多家国内手机厂商嘅订单，明年上半年就会有搭载这款芯片嘅产品问世。 

联发科CEO蔡力行曾公开透露，其5nm旗舰芯片将由台积电打造，目前已经接近流片。据悉，联发科已经向台积电预定‌至少每月2万片嘅5nm制程产能，以此来打造天玑2000系列旗舰处理器。 

谷歌自研手机芯片已经唔系乜嘢秘密嘎啦。本周，有消息话，预计今年发布嘅Pixel 6手机将搭载首批谷歌自研嘅处理器，其研发代号为Whitechapel。其实，早在上年，谷歌就曝光‌要自研芯片嘅消息，当时自研嘅芯片已经植入手机开始‌长测，该芯片由谷歌和三星Exynos团队合作打造。有财经媒体爆料，上年12月Whitechapel已经流片，采用三星5nm LPE工艺，8核ARM架构，主要单元包括CPU、GPU和NPU。 

以上谈到嘅是5nm制程嘅晶圆代工厂、半导体设备，以及众多芯片客户，要想实现相应芯片产品嘅量产，除咗以上呢啲因素，相应嘅半导体材料、配件，以及各种服务工作也是不可或缺嘅，需要产业链上嘅合作伙伴共同参同完成。 

5nm及更先进制程嘅发展，并唔可以单纯依靠核心工艺嘅创新同EUV设备嘅加持。从材料角度嚟讲，光刻胶等半导体材料嘅创新也是制程演进嘅关键所在。 

2019年，日韩之间嘅半导体材料大战爆发，韩国用于制造半导体和零部件设备嘅光刻胶、高纯度氟化氢和含氟聚酰亚胺三大半导体材料，均遭到日本嘅出口限制，对韩国部分重要嘅产业发展造成‌不小嘅影响。 

光刻胶则是这三类半导体材料中嘅重中之重。 

在芯片制造过程度，曝光、显影和刻蚀等重要工艺步骤都同光刻胶有关，耗时占总工艺时长嘅40%至60%，成本也占成个芯片制造成本嘅35%。 

有机光刻胶主要用于90nm到7nm嘅芯片制造，但随住制程推进到5nm，将开始需要无机光刻胶。 

目前来睇，中高端光刻胶产品主要还是掌控在日本厂商手度，台积电同日本合作伙伴保持住紧密嘅联系。 

对于中国大陆嘅半导体材料厂商嚟讲，机会也越来越多，如安集微电子、江丰电子等都系台积电嘅供应商。2016-2018年，安集微电子来自台积电嘅收入占比依次是10.7%、9.7%、8.1%，但安集微主要为台积电成熟制程提供抛光液等产品。江丰电子嘅重要客户中也包括台积电，其钽靶材及环件已在应用于台积电7nm芯片中。但要想打入其5nm制程供应链，大陆半导体材料厂商仲系要要再努力。 

掩模方面，家登是台积电掩模传送盒嘅独家供货商，随住台积电在7nm导入EUV，加上5nm量产，EUV掩模传送盒出货可望倍增，且导入EUV后，掩模可曝光次数为原先四分之一，带动掩模传送盒需求进一步提升。 

除咗家登之外，台积电相关设备同周边材料供货商，仲要包括承包无尘室工程厂汉唐、帆宣，以及晶圆可靠性等分析嘅闳康、应材备品代工厂京鼎、后段湿式制程设备弘塑、辛耘，和相关自动化及接口设备嘅迅得、信纮科等。 

在设备维护度，但系运用AI进行预测性维护。同样哋，台积电也利用深度学习方法进行自动化影像识别，对缺陷进行及时准确查询，这方面，迅得获得‌7nm及5nm生产线自动化系统订单。 

对于测试嚟讲，任何晶圆有错误就会直接报废，同时也会按照小批量处理原则畀客户提供风险评估报告。而针对可靠性测试，如果有任何die fail，旁边4个临近die也会fail，边缘嘅die良率低嘅话也会fail。台积电改善‌抽测方式，以确保唔会发生故障。 

结语

5nm制程产能正处于爬坡阶段，产业链嘅各个环节都喺度积极配合晶圆代工厂，未来有好大嘅增长空间。喺呢种情况下，如果未来两年内，英特尔真嘅改变制程节点命名规则嘅话，将会在5nm呢一节点上畀台积电和三星带来一啲竞争压力，虽说好难取得较大嘅市场份额，但以英特尔嘅体量及其雄厚嘅财力，必定会畀5nm制程产业链各环节上嘅厂商带来更多嘅盈利机会和空间。从呢一点来讲，仲要是值得期待嘅。 

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为咗传达一种不同嘅观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。