撰寫年分:2021
​作者:東尼(Donny)

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IBM 發布世界首個 2 奈米製程工藝

製程微縮很重要,但更重要的是效能及良率!

IBM 開發出 2 奈米製程,採用環繞閘極(GAA)技術架構,效能號稱較 7 奈米 提升 45%,預計於 2024 年投入量產。現今 20 奈米以下的先進製程採用 FinFET 鰭式場效電晶體,因為物理極限,未來 3奈米 或 2奈米 預計採用環繞閘極(GAA)技術。

 

在先進製程領域原本領先的台積電、三星,突然半路殺出 IBM 這個競爭對手──曾經的半導體製造大廠。IBM 預計於 2024 年量產 2 奈米,這樣的時間與台積電 2 奈米 量產時間相近,等於正面對決台積電。但,真的可以這麼順利嗎?

 

IBM 開發的這項技術,許多人猜測可能授權三星進行投產;若真的授權三星,將可達成三星之前的目標,超車台積電。我預測 IBM 也極有可能將這項技術販賣給世界前五大晶圓代工廠格羅方德 Global Foundries,雖然先前格羅方德曾宣布放棄先進製程,但過去 IBM 曾將晶圓代工部門售予格羅方德,因此也是潛在買家之一。

IBM 2nm 晶片

製程微縮固然重要,但回顧過去幾場著名的半導體戰役,就可以發現影響 IC 好壞不只有製程微縮,更包含實際效能及良率。

 

2021 年初,高通 S888 翻車的消息傳遍科技圈,S888 是高通在 2021 年發表的最新 5G 旗艦級 SoC,採用三星 5 奈米 技術;然而經過實測,跑分確實小勝上一代由台積電在 2020 年初生產的 7 奈米 工藝 S865 5G 旗艦級 SoC,但 S888 功耗卻大幅高於 S865,導致使用上溫度容易飆升。正常情況下,製程微縮將降低功耗或是提升效能,明顯看來,三星的 5 奈米 工藝相較於台積電的 7 奈米,並沒有讓晶片功耗有效降低,同時效能提升也不符合預期。因此在關注製程微縮時,實際量產的表現更為重要。

 

從技術開發到量產,中間需要經歷許多關卡,IBM 過去在 2015 年就發表 7 奈米 工藝,然而直至 2020 年才實際量產。在技術研發後需要將技術導入工廠,經歷風險性試產,待良率提升後才能正式放量投產,從初期的良率 4 成上下爬升至 9 成左右。先進製程因為工藝複雜程度大幅提升、導致初期良率不高,需要靠大量投產累積經驗,才有機會加快學習曲線。這次 Nvidia 的 RTX 30 Series 大缺貨,就有人將矛頭指向負責代工的三星,認為三星 8 奈米 技術良率不高,加上市場需求爆發,才形成這次的大缺貨。三星過去學習曲線較慢,造成良率較低,因此 IC 設計公司在選擇晶圓代工時,也會考量良率,避免缺貨風險。

 

IBM 這項技術研發對於晶圓代工奈米工藝非常重要,未來可以持續關注該技術會被哪間晶圓代工廠買下;但在關注製程微縮的同時,不能忽略效能及良率的重要性,沒有量產性的技術,在商業上較難實現獲利。