文|半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
供應(yīng)鏈消息稱,由于三星電子的4nm制程良率出現(xiàn)問題,無法解決處理器發(fā)熱,可能影響到高通Snapdragon 8 Gen 1的出貨。因?yàn)槿堑牧悸蕟栴},高通向臺(tái)積電發(fā)出邀請(qǐng),希望臺(tái)積電代工生產(chǎn)新一代加強(qiáng)版的旗艦手機(jī)芯片Snapdragon 8 Gen 1 Plus。高通目前正與臺(tái)積電協(xié)商,希望能盡快交貨。在全球半導(dǎo)體供應(yīng)短缺的情況下,高通再也不想受到良率的阻礙。
據(jù)悉,臺(tái)積電將有2 萬片的產(chǎn)能可提前至4 月出貨,高通可能會(huì)用Snapdragon 8 Gen 1 Plus取代現(xiàn)有的Snapdragon 8 Gen 1。
在先進(jìn)制程的布局方面,三星比臺(tái)積電提前半年宣布量產(chǎn)3nm,并且采用全新GAA技術(shù)。想通過領(lǐng)先的制程,在晶圓代工領(lǐng)域扳回一城。
但高通放棄三星代工,想要投靠臺(tái)積電,不禁讓我們思考:良率和制程,究竟哪個(gè)才是晶圓廠的“搖錢樹”?
良率,困三星已久
三星代工生產(chǎn)的高通Snapdragon 8 Gen 1良率僅為35%左右。在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的 Exynos 2200 的良率低于此值。 之所以高通的芯片良率高于 Exynos,是因?yàn)楦咄ǖ母吖芎图夹g(shù)人員常駐三星的代工廠,以解決良率問題。而三星原定1 月11 日舉辦Exynos 2200 發(fā)布會(huì)延后,業(yè)內(nèi)人士懷疑是因?yàn)镋xynos 2200良率過低,芯片品質(zhì)無法達(dá)標(biāo),迫使三星變更時(shí)間。
三星位于華城的半導(dǎo)體V1工廠,于2020年2月啟動(dòng)生產(chǎn),是全球首座將極紫外光(EUV)微影設(shè)備導(dǎo)入7nm以下制程的產(chǎn)線。不過,多名業(yè)界人士透露,該廠存在良率難以提升的問題,部分5nm產(chǎn)品的良率甚至不到50%。此外,三星在先進(jìn)制程芯片的生產(chǎn)初期,良率可能在30至40%左右,而臺(tái)積電則有60至70%,若未來先進(jìn)制程芯片量產(chǎn),三星的良率也可能低于臺(tái)積電。
以往韓國出售的三星Galaxy S 系列機(jī)種,都采用的是三星自家處理器Exynos,可是Exynos 芯片良率差,客戶滿意度低,迫使三星決定改采高通處理器,而Exynos 芯片只會(huì)用在歐洲和東南亞市場。
三星電子因?yàn)榱悸蕟栴}一直受到Fabless的懷疑。全球5/7nm工藝的主要客戶中,只有高通、英偉達(dá)和IBM表示愿意采用三星電子的先進(jìn)工藝技術(shù),蘋果、聯(lián)發(fā)科、AMD、英特爾、賽靈思、博通都與臺(tái)積電保持穩(wěn)定的合作關(guān)系。
近期,三星也為解決良率問題做出了努力,三星電子總部最近開始對(duì)代工部門進(jìn)行內(nèi)部審計(jì),包括開展前任及現(xiàn)任DS部門高管訪談。核實(shí)先進(jìn)制程良率報(bào)告是否屬實(shí),以及用于工藝改進(jìn)的資金是否被恰當(dāng)使用。
良率,是鎧甲也是軟肋
在集成電路制造中,晶圓良率就是完成所有工藝步驟后測試合格的芯片的數(shù)量與整片晶圓上的有效芯片的比值。
晶圓良率越高,同一片晶圓上產(chǎn)出的質(zhì)量合格的芯片數(shù)量就越多,如果晶圓價(jià)格是固定的,質(zhì)量合格的芯片數(shù)量越多就意味著每片晶圓的產(chǎn)量越高,每顆芯片的成本就越低,那么理所當(dāng)然,利潤也就越高。對(duì)于3D NAND晶圓廠而言,1%的良率提高可能意味著每年1.1億美元的凈利潤;而對(duì)于尖端的邏輯晶圓廠而言,1%的良率提升意味著1.5億美元的凈利潤。如果良率不足的話,也會(huì)大大影響晶圓廠的盈利能力。
此外,高良率也能提升產(chǎn)品品質(zhì)和可靠度,可以減少產(chǎn)品因良率不夠重新生產(chǎn)的次數(shù),提高客戶滿意度和市場占有率,更能提升公司在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的地位和利潤。而低良率則會(huì)對(duì)客戶的信任度及滿意度產(chǎn)生影響。
良率反映的是直接利潤,而先進(jìn)制程也是衡量晶圓廠技術(shù)實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一。
良率與制程,兩手都要抓
從芯片的進(jìn)化歷史來看,芯片的研發(fā)主要遵循著摩爾定律,即每18個(gè)月到兩年間,芯片的性能會(huì)翻一倍,使一塊芯片內(nèi)裝上盡可能多的晶體管來提升芯片性能。先進(jìn)制程把芯片從大做小,制程具體是指芯片晶體管柵極寬度的大小,數(shù)字越小對(duì)應(yīng)晶體管密度越大,芯片功耗越低,性能越高,但要實(shí)際做到這一點(diǎn)卻并不容易。
目前,能夠有量產(chǎn)先進(jìn)制程的代工廠只有臺(tái)積電與三星,雙方對(duì)于先進(jìn)制程的競爭異常激烈。
臺(tái)積電此前表示,3nm制程工藝在按計(jì)劃推進(jìn),將在今年下半年量產(chǎn),在明年一季度就將看到3nm工藝的營收。到2025年,將投入預(yù)計(jì)440億美元用于研發(fā),八成費(fèi)用將用于先進(jìn)制程。
高額的投入給臺(tái)積電帶來了豐厚營收回報(bào)。2021年,臺(tái)積電在5nm的營收已超2300億元新臺(tái)幣,比去年多了1400億。有供應(yīng)鏈人士稱,蘋果給臺(tái)積電貢獻(xiàn)了超過1/4的營收,成為臺(tái)積電先進(jìn)制程的最大試驗(yàn)田。此外,AMD的Zen4處理器以及聯(lián)發(fā)科的天璣系列、高通驍龍也都是臺(tái)積電的大客戶。
三星方面則表示,今年上半年三星第一代3nm GAA制程技術(shù)將量產(chǎn),最遲不會(huì)超過二季度,而下半年將開始商業(yè)化生產(chǎn)。
對(duì)于晶圓廠來說,良率與制程就好像手心手背上的兩塊肉,無法單獨(dú)割裂來看。
對(duì)于晶圓制造而言,通常在一個(gè)新工藝或新產(chǎn)品剛開始之初,新工藝造成的系統(tǒng)性缺陷是制約良率提升的重要因素,整體的良率都不會(huì)很高。但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行和導(dǎo)致低良率的因素被發(fā)現(xiàn)和改進(jìn),良率就會(huì)不斷地被提升?,F(xiàn)在,產(chǎn)品、新工藝或是工具,每隔幾個(gè)月或甚至幾周就會(huì)被引進(jìn),因此提升良率就成了晶圓廠一個(gè)一直循環(huán)往復(fù)的極其重要的過程。
臺(tái)積電和三星也在先進(jìn)工藝大戰(zhàn)即將進(jìn)入3nm時(shí)代。但3nm良率拉升難度大飆,臺(tái)積電為此已不斷修正3nm制程,且劃分出N3、N3E與N3B等多個(gè)版本,尋求最合適的方案且符合不同客戶需求,但3nm制程方案到現(xiàn)在還是有很多問題,預(yù)計(jì)今年下半年月產(chǎn)能都很難達(dá)標(biāo),而這將使得多家 IC設(shè)計(jì)客戶延長使用5nm制程的時(shí)間。
先進(jìn)制程不斷向前,良率提升已經(jīng)不單單是晶圓廠的挑戰(zhàn),整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都需要重新審視這個(gè)問題,并引入更多有效的手段和工具來提升良率。此外,如何發(fā)展先進(jìn)制程,也是高精尖的晶圓代工廠龍頭應(yīng)該思考的問題。
良率與制程,兩手都要抓,兩手都要硬。