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台积电正处于历史最好的时代

发布日期:2024-06-15 16:29    点击次数:188
台积电在阿姆斯特丹举行的技术研讨会上传达的核心信息是,它将根据芯片行业的愿望采取行动。目前,这个愿望就是向全球扩张。这家芯片巨头的影响力比以往任何时候都要大,同时不断挑战自然极限。 台积电技术研讨会是科技公司的奇珍异宝。台积电(TSMC)是全球第八大最有价值的公司,在这次活动中,从英飞凌(Infineon)到树莓派(Raspberry Pi)等大大小小的合作伙伴都加入了进来。他们有一个共同点:他们的半导体都由台积电制造,还有苹果、Nvidia、AMD、汽车供应商等。即使是拥有自己芯片工厂的竞争...

台积电在阿姆斯特丹举行的技术研讨会上传达的核心信息是,它将根据芯片行业的愿望采取行动。目前,这个愿望就是向全球扩张。这家芯片巨头的影响力比以往任何时候都要大,同时不断挑战自然极限。

台积电技术研讨会是科技公司的奇珍异宝。台积电(TSMC)是全球第八大最有价值的公司,在这次活动中,从英飞凌(Infineon)到树莓派(Raspberry Pi)等大大小小的合作伙伴都加入了进来。他们有一个共同点:他们的半导体都由台积电制造,还有苹果、Nvidia、AMD、汽车供应商等。即使是拥有自己芯片工厂的竞争对手英特尔,也将其全新 Lunar Lake 的部分生产外包给了台积电。今年,台积电总共生产了 150 种新产品,大大超过了去年的 120 种。如前所述,这些产品差别很大,而且采用了各种不同的格式。在 2008 年可能还是最先进的技术,现在却可以用于更简单的芯片或芯片部件。

增长、增长、增长

不用说,台积电也没有逃脱人工智能的炒作。首席执行官魏幸耘开玩笑说,你基本上必须扔掉任何不能被称为 "AI PC "的电脑。它曾多次面临需求过剩的问题,尤其是在过去 12 个月里,它一直是英伟达(Nvidia)向外界发布 AI 硬件的最大瓶颈。因此,每块 GPU 的价格飙升到了前所未有的水平,后者的市值也在撰写本文时达到了三万亿美元。台积电在金融领域也如鱼得水:在台北证券交易所,自 2024 年年初以来,其市值已经上涨了 50% 以上。

因此,与 2023 年相比,此次研讨会的规模显著扩大,演讲者讲述的技术故事也明显减少。去年的主题是三维互联和芯片堆叠的精确细节,而现在的主题是由人工智能推动的 "第四次工业革命"(前三次分别是水和蒸汽、电气化和大规模生产以及计算机化)。与之前相比,这场革命的叙事范围更广,目标更远大,与半导体的琐事也有一定距离。

在这次活动中,台积电本身的实际增长也是一个重点。之所以需要这种扩张,部分原因是上述人工智能芯片需求的激增。位于美国亚利桑那州的 "巨型工厂 "和位于德国德累斯顿的旧芯片工艺工厂最受关注。不过,中国台湾本身和大洋彼岸的日本也在扩张。所有工厂都将采用标准化模式,台积电称之为 "GIGAFAB"(包括大写字母)。这包括对质量控制的精确要求,以及通过增强现实和虚拟现实提供远程专业知识。因此,整个世界实际上就是一个台积电芯片工厂,台积电在其演示屏幕上将地球地球仪转换成圆形的台积电标志时,并不隐晦地提到了这一点。

所有人的挑战

从某种程度上说,人工智能的兴起可谓生不逢时。就在所有人和他们的狗都把 2030 年作为实现碳中和的一年时,人工智能的计算却导致能源和资源使用的大幅增加。考虑到台积电所处的高排放行业,它原本计划在 2050 年实现零碳排放。现在,这一目标已被追溯到 2040 年,因为它表示进展比之前想象的要快。

台积电显然希望尽可能高效地运营自己的工厂,但这甚至会对周边环境产生积极的影响。据说,台积电在日本的工厂为当地提供的饮用水要多于其吸收的水量。当被问及此事时,台积电透露,拟议中的德累斯顿工厂也可能采用类似的计划,业务开发与海外运营办公室高级副总裁 Kevin Zhang 强调说。

确定性

德国工厂将于今年第四季度开工建设。ESMC(欧洲半导体制造公司)是台积电、博世、英飞凌和恩智浦的合资企业。这个名单可能已经让你对新工厂的目的有所了解。也就是说,德累斯顿晶圆厂将不会生产全新的 iPhone 和 Nvidia 芯片,而是生产用于汽车和工业环境的硅片。因此,这里的芯片生产工艺为 N28、N22、N16 和 N12,比最先进芯片的生产工艺要大很多倍,也要老很多倍。顺便说一句,最先进的芯片部件实际上已经被装入汽车,但它们不会很快在欧洲制造出来。那么,在芯片生产方面,欧洲大陆将无法获得真正的自主权。

张忠谋告诉我们,芯片工厂的最终目标总是可以转移的。在这种情况下,台积电的领导层是在回应布鲁塞尔保证本国半导体供应的愿望。就德国而言,这主要是指确保汽车零部件的供应,但就台积电而言,如果有必要,目标客户可以(也可能)转移。

台积电打算将最新的工艺保留在中国台湾。不久前,人们已经清楚地知道,这家芯片制造商及其合作伙伴 ASML 有办法远程禁用他们的系统。张忠谋假定了他的台积电同事已经谈到的相同原则:没有芯片配方,任何芯片厨房都是无用的。这种专业技术也许可以转移到亚利桑那州或德累斯顿,但就目前而言,(幸好)这是不可能的。目前,ASML 的 EUV 机器仍在中国台湾的多个地点全速运行。

疑虑重重的高氮超高真空

说到 ASML,该公司的最新产品--名为 TWINSCAN EXE:5000 的高纳极紫外光扫描仪现已上市销售。英特尔在错失了 2015 年左右芯片领域上一次重大范式转变--EUV 技术之后,全力以赴地推出了这款产品。几个月来,台积电似乎也在犯类似的错误。在研讨会上,张忠谋解释说:"驾驶员的体验与汽车的性能同样重要。" 值得注意的是,EUV 的效率飞跃已经非常显著。自推出以来,台积电在 EUV 上的芯片产量增加了四倍多,缺陷率降低了八十倍,各种元件的寿命延长了四倍。

然而,台积电首席执行官魏哲家最近却秘密前往荷兰维尔德霍芬敲开了 ASML 的大门。现在可以确定的是,ASML 将在 2024 年之前向台积电交付一台价值约 3.5 亿欧元的高纳秒级 EUV 机器。回顾英特尔近十年前的失误,看看该公司用了多长时间才重新具备真正的竞争力,任何人都会替台积电松一口气。

事实上,英特尔已经可以指望微软成为其客户,而 Nvidia 也在饶有兴趣地关注台积电的发展。Nvidia 曾在 2020 年台积电无法满足其要求时,使用三星生产 GPU,但那只是一次性的。随着英特尔重返严肃的创新游戏,实现越来越小的芯片工艺,台积电不能再落后了。这不符合这家中国台湾公司明里暗里坚持的两大支柱:可预测性和创新领导力。

展望未来

如前所述,台积电的短期前景良好。不过,有几个行业和地区比其他行业和地区更健康。例如,全球芯片行业萎缩了 8%,而欧洲、中东和非洲地区则保持稳定。台积电宣称,2024 年将 "喜忧参半",2023 年将是芯片制造商的调整年。人工智能硬件需求持续增长,智能手机和个人电脑行业温和复苏,但汽车和物联网行业则有些 "疲软"。台积电认为,底线是:结构性增长依然强劲,尤其是其行业一直假设有较长期的起伏。自 1997 年以来,欧洲、中东和非洲地区芯片行业的平均年增长率为 14%,这给我们带来了希望。

从长远来看,效率将是台积电及其竞争对手的游戏规则。这不仅体现在台积电自身的运营上,更主要体现在其生产的半导体产品上。人脑的计算能力和现代半导体的复杂性很容易就能超越,而它只需要 20 瓦。向这样的效率迈进似乎是科幻小说,但终究是必要的。毕竟,一不小心,数据中心就会消耗全球 7% 的电力。在台积电,关于 "神经形态处理器 "的思考,即像人脑一样具有突触的芯片,现在已经进入了公开阶段。这是一个有点引人注目的建议,尤其是因为在这个小型展会上,荷兰公司 Innatera 甚至推出了这样一款处理器。然而,该产品只是一个存在探测器,尤其是如此深奥的设计,是一项令人印象深刻的工程壮举,但显然与台积电暗示的类人智能相去甚远。

在台积电研讨会上,我们还听说应该考虑用其他材料来生产芯片。硅和铜目前是芯片和互连的基础,但从长远来看,半导体中氮化镓和光子通信的使用将大幅增加。

在更短的时间内,台积电将目光投向 N2,也称为 "2 纳米 "工艺。该工艺中没有任何测量点与该数字相对应,它只是一个营销术语。不过,它确实比 iPhone 15 系列采用的 N3 或英特尔 Lunar Lake 采用的 N3P 小。即使是现在,N2 的良品率已经达到 80%,而 N2 要到 2025 年下半年才能部署。在目前的开发阶段,这是一个特别高的数字。如果苹果公司继续作为第一个在全新工艺上达成重大交易的公司,那么最终的 iPhone 17 可能会成为第一个使用 N2 的大众市场产品。N2P 将在此基础上进一步发展,并将于 2026 年出现。不过,N3 还将继续 "挤奶",正如研讨会主题演讲中提到的那样。

紧随其后的将是所谓的 "埃"(Angstrom)时代,即比纳米更小一级的标准。在英特尔,这些工艺中的第一个将是 18A,计划于 2025-26 年用于笔记本电脑的 Panther Lake 将在此工艺上运行。台积电把 A 放在了数字前面(他们也善意地要求你在询问时也这样做),并将在未来几年内推出 A16。它承诺比 N2P 效率提高 20%,速度提高 8%。这主要得益于背面功率传输,这是一种首次通过后端向芯片供电的方法。在此之前,这一直是在前端进行的,因为前端有其空间限制。如今,为了进一步改进芯片设计,有必要采取这些措施。毕竟,从长远来看,原子数量太少,根本无法进一步缩小。随着英特尔公司也再次在高端市场上展开竞争,不断改进的动力比以往任何时候都要大。台积电似乎很欢迎这种挑战。



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