2022年6月27日 星期一

IC設計晶片製造研究

[20220805] 掛羊頭賣狗肉,晶片製造商需要自重! 學界提出新量化製成指標

IC製造為了銷售而不擇手段,假借奈米製程進步騙取大量訂單,學界終於看不下去,回過頭來說句公道話,應回歸實際晶片效能為準則[4],這真是典型的掛羊頭賣狗肉。如何可以如此欺騙瞞下,最終原因都在於大家以名為主,抽象化實際運作。兩千多年前,中國的古代哲學家老子就提出了「名可名,非常名。」的真知灼見,提醒世人勿被名稱所擾。

Key:

  • 數字命名製程節點:大眾認知也是數字愈小,晶片表現就愈好! (不一定對)[4]
  • 新衡量建議[5]
    • 史丹福教授Philip Wong:LCM (邏輯、記憶體和互連)密度做為度量衡指標
    • IEEE IRDS 主席Gargini:採用接觸式閘極節距(G)、金屬節距(M)、層數(T)

[20220802] 人怕出名豬怕肥,美國禁令14奈米以下製程設備不得銷往中國

高調出事,人怕出名豬怕肥,這句俗語真是形容貼切。日前中國企業採用中芯7奈米DUV製程的礦機晶片意外曝了光,遭觸動敏感神經的美國政府,再度收緊設備管控完全在業界預期中,美國設備廠也釋出了美政府通知消息,14奈米(含)以下先進製程設備不能銷往中國的禁令[3]。美國強力禁止,中國半導體業會置之死地而後生嗎?就以往的歷史來看,這勢必然如此。

不過這也令人看出美國的野心與手段,雖然這已不是第一次,用政治干預實在是不可取,不過問題也只有一個,實力問題!台灣不能置身度外,須要有憂患意識,積極向下培養基礎科學建設,掌握關鍵技術。

[20220801] 美國「晶片與科學法案」的這隻老虎終於成案

美國「晶片與科學法案」(CHIPS and Science Act of 2022)終於通過補助案[2],這個美國人當初不要的晶片製造苦力由美國轉移到亞洲,如今又汲汲營營想請回這晶片製造苦力,表面說詞不想給中國有機會成長,其實也是看準製造所帶來的人力需求。但是眾家廠商明明知道美國製造,沒有半點好處,為什麼還要去呢? 政治是唯一的考量,自古皆然。若有廠商不配合,政治就用相關法規來制裁你,讓你失去市場、及背後成長力。這就像明知山有虎,偏向虎山行一樣。

[20220627]

天天過年不可能,如今晶圓代工與IC設計都受到砍單及庫純過高的影響[1],台灣的台積電確實在這些混亂之中,仍是表現優異,無外乎是眼光放長、穩扎穩打的策略奏效,另一個很大的原因是專注本業!其中最有壓力的屬英特爾與三星,兩者都是因為擴大投資而有獲利壓力,GF與中芯雖然有台廠的外溢效應,但是其技術還有業績獲利壓力,若是支撐不下去,台廠可能獲利最大!

資料來源:CMoney


Reference:

[4][20220805]專家籲晶片製程重新命名 避免淪為業者行銷噱頭
專家籲晶片製程重新命名 避免淪為業者行銷噱頭 (digitimes.com.tw)

半導體產業以數字命名製程節點已行之有年,大眾認知也是數字愈小,晶片表現就愈好。然而隨著製程技術持續進步,晶片不斷微縮,電晶體架構逐漸變化,晶片製程節點的命名也更加複雜。

根據華爾街日報(WSJ)報導,半導體產業過去幾十年來一直遵循著每2年電晶體數量增加1倍的摩爾定律,英特爾(Intel)、三星(Samsung)、台積電這三家晶圓巨頭均強調能將多少電晶體納入晶片,彰顯晶片的處理速度或能耗有所突破,贏得利潤豐厚的合約。

但如今半導體晶圓廠的製程命名也和其他產業看齊,成為一種行銷手段,好比服裝尺碼的變化,今日女裝的8碼可能是昨日的16碼。三星不久前才慶祝號稱謂業內首款的3奈米晶片開始量產,但哈佛商學院教授Willy Shih表示,單從數字看不出三星的3奈米晶片是否優於台積電的4奈米晶片,還需要比較運算效能和功耗等因素。

在技術推進方面落後於台積電和三星的英特爾,2021年時重新命名自家的高階晶片庫,10 奈米晶片變成Intel 7。執行長Pat Gelsinger當時承認,包括英特爾在內,這類產業標記已不代表任何具體的測量標準。

製程數字名稱的價值在2015年遭到質疑,當時蘋果的iPhone 6s系列分別採用台積電和三星製造的SoC,其中三星為14奈米晶片,台積電為16奈米晶片。iPhone 6s推出後,科技評論家紛紛進行效能測試並總結搭載台積電晶片的iPhone效能、發熱情形和電池續航力均優於三星。知情人士透露,這次的晶片對決暴露產業幾乎不為人知的祕密,那就是台積電與三星的晶片尺寸都與命名不符,這2款晶片的關鍵特徵都在30奈米左右。

部分晶片專家建議建立一個新的命名系統,改以效能、功率降低或成本等指標代替奈米數字,例如史丹福大學電機系教授Philip Wong便提出以LCM (邏輯、記憶體和互連)密度做為度量衡指標。

2020年4月,IEEE國際設備和系統路線圖(IRDS)主席Gargini呼籲晶片製造商回歸現實,建議業者採用接觸式閘極節距(G)、金屬節距(M)、層數(T)等3項變數指標來取代奈米

[3][20220802]美14奈米禁令重創歐美日設備廠 台廠影響微、還可能獲轉單

美國家進一步收緊對中國半導體產業發展的管控力道,除了ASML的獨家EUV設備原本就無法銷往中國外,最新情勢則是部分美國半導體設備大廠對外表示已收到商務部通知,限制將14奈米(含)以下先進製程設備銷往中國。

******From Wiki

極紫外光微影超紫外線平版印刷術(英語:Extreme ultraviolet lithography,亦稱EUV或EUVL)是一種使用極紫外光(EUV)波長的下一代微影技術,目前使用7奈米,2020年得到廣泛應用。

透過高能量、波長短的光源,將光罩上的電路圖案轉印到晶圓的光阻劑塗層。EUV光源波長比目前深紫外光源(Deep Ultraviolet;DUV)的光源波長短,約為15分之1,因此能使用於線距更小電路圖案的曝光上。然而EUV光罩與傳統的光罩截然不同,當採用13.5nm波長的極紫外光微影技術時,所有的光罩材料都是不透光的,因此具複合多塗層反射鏡的光罩可將電路圖案反射到晶圓上。這種多層膜EUV光罩一方面可維持光罩的反射率,但另一方面會影響臨界線寬、輪廓、刻線邊緣粗糙度、選擇性和缺陷控制方面,而造成獨特的蝕刻效果。

微影設備是利用光線的波長來加工精密尺寸的晶片,又稱蝕刻機、光刻機;波長不同效率差很大。最早是使用汞燈產生的紫外光源,再來是深紫外光源(DUV),波長可從365奈米縮減到193奈米;最新技術的極紫外光源(Extreme Ultraviolet;EUV),更將波長縮減至13.5奈米。

目前以DUV設備應用最廣、需求也最大;僅台積電、三星等少數具7奈米及其以下製程能力業者,才會使用EUV。

光罩傳輸模組則是DUV設備的重要組件,負責將光罩由光罩盒傳送到光罩平台模組,之後移動光罩曝光,將電路圖版光刻在晶圓上。
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半導體業者表示,台廠在此波戰事中衝擊甚微,除部分搶進中國市場的設備材料業者可能受創外,晶圓代工產業應無明顯影響,甚至可能因此獲得客戶轉單。

日前採用中芯7奈米DUV製程的礦機晶片意外曝了光,遭觸動敏感神經的美國政府,再度收緊設備管控完全在業界預期中,美國設備廠也釋出了美政府通知消息,14奈米(含)以下先進製程設備不能銷往中國的禁令。

此禁令若正式宣布,中芯華虹勢將更為低調,也將衝擊中國數十座計畫或建置中晶圓廠。半導體業者表示,其實7奈米以下採行DUV設備是可行的,只是良率非常低且成本相當高昂。

這也是三星電子(Samsung Electronics)、台積電進入7奈米世代後,除了首代DUV外,接下來已導入EUV設備技術,7奈米以下欲實現大量生產與獲利,還是要EUV設備。

也因此,此次禁令影響的會是14奈米,難以獲得大量DUV等相關設備與龐大技術人力支援下,中芯與華虹恐將在14奈米卡住,雖然可從二手設備市場重金入手,但美國還是時刻緊盯著,主流將是28奈米製程,而這也是競爭相當激烈的製造世代。

半導體業者表示,美國政府再度掐住中國半導體自主大計,雙方戰火再起,但其實對決局勢較前幾年已更為複雜,不止有疫情俄烏大戰的干擾,雙方經濟發展皆大受影響,在巨大通膨壓力下,終端市況疲弱,電子與半導體產業熱度也由熱轉冷,大部分企業營運正苦陷衰退危機。

美國若再強力施行中國設備禁令,全球前十大設備大廠獲利將大受影響,沒有面板、記憶體封測擴產大單,只靠台積電、三星與英特爾(Intel)先進與成熟製程擴產,是難以餵飽全球龐大設備產業鏈,因此,全球設備業者勢如何應對將備受關注。

值得一提的是,肩負推動半導體產業發展的大基金近年腐敗事件頻傳,號稱的先進製程推進與晶圓廠遍地開花,其實也隱藏了不少地雷,在前線美國箝制力又加大下,中國的半導體自主大計又離目標遠了些。

以設備來看,肩負自主大計重任的就是2004年創立的中微半導體,創辦人尹志堯曾任職英特爾與應材(Applied Materials),2020年宣布自主研發的5奈米蝕刻機已獲台積電驗證通過,且已用於生產線,當時引發極大關注。

而北方華創的產品也宣稱相當全面,提供蝕刻、薄膜、爐管、清洗及MFC等半導體製程設備及核心零組件,但半導體設備鏈長且複雜,單靠這2家也難解除危機。

值得注意的是,對台半導體供應鏈而言,中美半導體角力戰已非頭一遭,且已有先前地緣政治承壓經驗,能配合的全做了,因此在此波戰局中衝擊甚微。

台積電本來在7奈米以下先進製程戰場就是一個人的武林,在中國南京廠則是16奈米製程,且正在擴產的是28奈米,聯電的戰略則是停留在22/28奈米,14奈米對營收並無貢獻,世界先進與力積電則是一直以來幾無中國客戶。

中芯、華虹14奈米遭卡脖,數十座晶圓廠擴產與建置多少也將受影響,中國IC設計業者欲拉升晶片實力,也只能向外投片,若不投美國GlobalFoundries、英特爾,而三星自身製程技術與產能有限下,也只有台積電可以選擇。

此外,考量中芯、華虹屢成鎖定目標,基於長期穩定代工關係與優異良率、效能,世界先進、力積電與聯電大有機會取得中國廠或其他國際大廠成熟製程轉單標的。

[2][20220801]520億美元晶片法案將上路 台積電勉強損平、英特爾等難關開始

美貿易戰擴及科技半導體大戰,美國為強化競爭力,2021年中提出《美國創新與競爭法》,而當中被包在其中,訴求扶植美國本土半導體產業的晶片法案橫空出世,長達1年多方角力,終在28日送交眾議院表決通過,待總統拜登簽署即可付諸施行。

此法案正式全名為「晶片與科學法案」(CHIPS and Science Act of 2022),包含527億美元半導體補貼,以及約2,000億美元科學研究經費。然而備受關注的527億美元半導體補貼金額,誰能分、分多少,以及所附帶的條件與帶來的利弊尚不明。


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英特爾與台積電最新營運狀況比較

補助案通過後,接下來呢?暫不論相關州政府或投資稅收抵免等更多條件誘因,半導體業者認為,單純527億美元補助中,英特爾為最大受惠者,估能分走逾200億美元,主要是在美擴產規模最大,又是自家人。

日前也吵著補助將影響在美擴產步調的GlobalFoundries(GF),為現階段能真正向美國政府展現自家晶圓代工實力的業者,應也要到不少糖,另外,美光(Micron)德儀(TI)等美系指標大廠取得補助的金額應也不少,其他才是台積電、三星電子(Samsung Electronics)與環球晶等非美系大廠所能分食。

只不過,百億美元聽起來很多錢,但其實對於各自早已發動千億美元擴產規模的英特爾、三星與台積電來說,美國通膨壓力不斷加劇,此筆補助減輕建置成本壓力,但很快就會耗盡花光。

半導體業者表示,與GF、英特爾在歐美等高舉擴產大旗,先前喊出補助不通過就無法動工的策略相比,台積電位亞利桑那州的5奈米新廠早於2021年4月就動工興建,預計2024年就可營運量產,月產能2萬片,估計將創造2,000個直接工作機會,及數千個間接工作機會,龐大供應鏈也早已陸續前往部署。

也就是台積電對於此原本完全不需要的新廠建置案,在確定不可逆行後,也把補助最壞情況計入,就馬上投入興建工程與設備材料採購,展現強大執行力,為縮減人力需求缺口,也積極拉升自動化比重,在人才取得上,除將有台灣經營與工程師、技術員等產線團隊外派赴美外,也在美國當地進行人才招募並來台受訓。

進一步來看,重返晶圓代工的英特爾,以及2021年前未上市前還陷入大虧的GF而言,全球晶片大廠幾乎陷入高庫存低需求困境,拿了政府補助錢就要擴產,但客戶與訂單從何而來,新廠所帶來的設備折舊成本也相當可觀,不光是美廠,先前喊出的歐洲擴產大計恐成燙手山芋。

此外,四面楚歌的英特爾,第2季財報表現令市場驚訝不已,雖市場已預期資料中心需求降溫且PC出貨跌幅大,但沒想到營收連7季下滑,獲利年減79%,對於第3季財測亦相當保守。

儘管英特爾預期第3季為全年低點,第4季將回升,然其單季與全年毛利率表現已不及台積電,預估2022年全年毛利率約達49%的英特爾,已難回到維持多年的6成毛利率榮景。英特爾在產品平台事業面臨前所未見挑戰,市佔不斷萎縮,而晶圓代工客戶起步難,在歐美鉅額擴產對其將帶來沉重壓力。

美國半導體補助法案已通過,供應鏈心知肚明,台積電拿不到過半補助金,但恐怕是執行力最高的業者,其欲損益兩平,不拖累整體獲利,絕對要供應鏈與客戶「共體時艱」,除了每年議價將相當強勢,特別跟隨赴美設廠也齊心撙節成本。

另在客戶方面,目前美國新廠會比較著重基礎建設和國家安全方面,代工報價可以維持高檔,台積電整體代工價格將是只漲不跌,2022年全製程調漲1~2成,2023年部分製程客戶再漲6%附加費。在製造成本高昂的美國,台積電傾全力恐只能損平,更不用說GF、英特爾與三星等。眾廠拿了補助金,才是危機的開始。

除了晶圓代工,多國力邀設廠的矽晶圓大廠環球晶,最後宣布在美國擴建新廠,徐秀蘭也明確指出,有客戶簽長約、預付貨款,且預售至少8成產能等才會建置新廠,因此各條件到位後就決定在美設廠。

[1][2022-06-27]晶圓代工、IC設計強弱分明 訂單外溢效應消退誰首當其衝?
陳玉娟/新竹


全球半導體市況瀰漫2023年會更糟的悲觀氛圍。據晶圓代工業者表示,半導體產業本來就不可能天天在過年,但砍單與手機高庫存等消息已是過度解讀放大,整體市況雖走弱,但供應鏈不至於一下子就跌到谷底。

事實上,除了部分不具競爭力的業者將打回原形,不少業者營運表現都還是優於2020年或2019年疫前水平,以晶圓代工產業來看,面對部分產品需求衰減而新產能續擴下,眾廠產能利用率確實不再會是全線滿載盛況,但立即受到的影響的是受惠台廠訂單外溢效應的GlobalFoundries(GF)與中芯。

此外,供需市況劇變,晶圓代工產線還沒開始上路的英特爾(Intel),以及先進製程未見大客戶的三星電子(Samsung Electronics),其鉅額投資也將令獲利壓力加劇

半導體供需反轉時間與幅度究竟有多大,目前市場雜音分歧,現階段較為明確的就是TV、手機與PC等消費性電子產品需求跌速超乎預期,受到庫存水化急升的終端品牌大舉下修全年出貨目標衝擊下,面板與驅動IC晶片第2季起開始陷入價量齊跌窘境,提前宣告2021年供不應求榮景已結束。

而近月來不斷釋出的Android手機庫存水位急升,以及市場又再傳出三星暫停對外採購與手機庫存過多等諸多負面消息,更令供應鏈砍單連鎖效應快速擴大。包括高通(Qualcomm)、聯發科、聯詠、奇景等多家IC設計業者頻傳調降目標出貨與大砍晶圓代工投片量,半導體市況瀰漫下半年旺季不旺,2023年會更糟的悲觀氛圍。

據晶圓代工業者表示,與手機、NB及TV相關的晶片產品,由於終端客戶調整庫存,確實出現訂單調節狀況,最受關注的就是驅動IC,市場皆認為出貨衰減幾已是海嘯等級,但進一步來看,雖見終端品牌客戶大規模砍單,但不會先砍擁有多年合作關係且技術品質與服務能力深厚的大廠,會以先前受惠一線大廠因產能滿載所帶來的訂單外溢效應的二、三線業者為主,此由部分業者第2季業績重摔遠超過一線大廠顯見。

而在晶圓代工競況方面,業者指出,全球通膨風險加劇,消費性電子市況明顯降溫,自5月下旬起,確實有部分客戶調節下半年訂單及希望重新討論長約價格與投片量,但此也在預期中,半導體產業本來就不可能天天在過年,但如聯發科、三星砍單與手機高庫存等消息算是過度解讀放大,目前並無外界所言大刀砍向晶圓代工,整體來看,面對部分產品需求衰減而新產能續擴下,眾廠產能利用率確實不再會是全線滿載盛況。

但台廠相較對其他同業,下半年仍能維持90~95%高峰,除了有車用、工控與HPC等需求仍相當強勁的產品立即填補空出產能外,另一關鍵就是IC設計客戶調節訂單,會先以2021年承接外溢訂單的GF、中芯等業者為主。

也就是在供需恢復正常下,IC設計業者下單會以台廠為首選,主要是台廠良率甚高,以成熟製程來看,台積電、聯電與世界先進的良率可以高達95%,技術水平遠高於其他業者,還有就是擁有彈性高、速度快、客製化等專業服務,這也是台晶圓代工廠在疫前競況,獲利表現仍遠優於其他同業的關鍵。

相較之下,GF長年苦陷虧損,出售退場傳言不斷,而近年遭美方箝制的中芯,2019年疫前扣除政府補助也是虧損狀態。值得一提的是,在台積電眷顧下,旗下8吋廠世界先進是唯一仍有轉單效益的業者,與台積電持續有客戶訂單及產能調配上的合作

除此之外,終端供需市況劇變,暫不論歐美政府補助是否到位,英特爾現已投下鉅額投資大擴先進製程與產能,然其重返晶圓代工戰場,接單與生產還沒全面啟動,已面臨只有自家採用,以及IC設計產業面臨亂流且不輕易轉單危機。

同樣問題也發生在先進製程加速推進,卻未見大客戶投片的三星,千億美元投資將令獲利壓力加劇,甚至將拖累集團營運。

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