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在中美半导体语音芯片贸易战中,良品率是关键!

作者:超级管理员时间:2022-08-0384 次浏览

信息摘要:

韩国半导体大厂三星电子(Samsung Electronics)今(2022)年下半年开始量产3奈米的半导体芯片(chip)。面对挑战,全球芯片代工龙头台积电(TSMC)也宣布其3奈米制程(泛指晶圆生产加工的过程)···...

韩国半导体大厂三星电子(Samsung Electronics)今(2022)年下半年开始量产3纳米的半导体芯片(chip)。面对挑战,全球芯片代工龙头台积电(TSMC)也宣布其3纳米制程(泛指晶圆生产加工的过程)将如期于下半年进入量产。全球两大晶圆代工龙头在先进制程的角力进入新阶段。

与此同时,芯片背后的地缘政治竞逐也越来越白热化。美国总统拜登(Joe Biden)上台后力推的《芯片法案》(CHIPS Act),本周三已经在参议院通过,预计众议院周四表决。

在中美半导体语音芯片贸易战中,良品率是关键! 

该法案旨在协助美国半导体产业自给自足,并补助「价值相近」的外国半导体大厂在美设厂,扩展就业机会。但是,该法案在补助外国大厂的但书(法律文本)上,要求受补助者10年内不得在中国建造新的半导体厂房等。有分析认为,这是美国围堵中国半导体发展的新战略。

良率为关键

根据韩媒《韩联社》报导,三星称,与现有台积电生产5纳米芯片的鳍式场效晶体管(FinFET)制程相比,GAA技术允许芯片的尺寸缩小35%、能耗降低50%,而性能能够提高30%。

但是,许多分析指出,尖端芯片生产的「良率」(yield)才是决胜之处,而过去GAA技术是「先做出成品」后才能确定成功或失败,风险较大。

所谓良率泛指良品生产率,一般商品良率即是「良品数」在总产量的比例。但晶圆制造的良率计算更加复杂。

台湾南台科技大学朱岳中助理教授告诉《BBC中文》,晶圆制造良率泛指Wafer(晶圆)良率、Die(晶粒)良率和封测良率三者的总乘积:「良率越高,意味好的晶体管数越多,效能自然也会越好。良率低不意味产品坏掉,但势必效能会较差。至于那些真的有问题坏掉的,在测试过程中就已经被淘汰。」

朱岳中说,良率确实是厂商的商业机密,并没有专门统计的机构。但基于商业诚信及对投资者负责,基本上厂商都会在财报中揭露大致数据,客户端也能计算得出来。

可以说,这些年来三星与台积电在高阶芯片生产代工的竞逐,关键便是在良率。

科技网站WccfTech分析,同样接到高通公司(Qualcomm)升级版Snapdragon 8 Gen 1处理器的4纳米芯片订单,三星代工的芯片良率为35%,台积电则达70%,这使高通最后选择了台积电成为其代工伙伴。不过,高通的第一代Snapdragon 7 Gen 1仍继续让三星晶圆代工,三星仍是高通的第三大客户。

朱岳中强调,三星紧追台积电试图以新的代工技术,打破良率表现落后台积电的劣势,还需要许多资金及技术投入。他认为,「良率就等于厂商的成本,也与产品的效能相关,这是产品能不能销售出去的重点。在芯片制程拚搏谁的制程比较快,其实意义不大」。

刘佩真亦同意,虽然三星率先宣布3纳米GAA制程,意图超越台积电,「但(3纳米芯片)良率情况仍不明,且也尚未取得大量客户订单,加上GAA制程良率要提升仍有相当的难度,故短期内仍看好台积电先进制程竞争力」。

目前台积电3奈米制程预计仍采用鳍式场效晶体管,在2奈米制程才使用GAA新技术。

无论如何,韩国这几年几乎是倾全国之力,扶持三星。根据路透社,在今年5月拜登及尹锡悦总统访问三星厂房后,三星集团随即在5月底宣布,该公司未来五年资本支出将增高至450兆韩元(约3600亿美元)领域,是该集团成立数十年以来最大的投资金额。

此外,6月,三星负责人李在镕飞抵荷兰,与全球最大芯片光刻机(又称曝光机)供应商艾司摩尔(ASML)高层会面,称三星已确保能取得「额外」的极紫外光(EUV)设备,并保证光刻机机台能在韩国组装。

艾司摩尔是高阶芯片制程的设备制造商,该公司全球独家生产的EUV机台,是确保晶圆切割精确的机台,因此成为半导体大厂的必争之地,也被认为是李在镕亲自飞往荷兰与该国政府及厂商谈判的原因。

三星希望抢下更多机台,为其高阶芯片代工加快脚步。根据《日经新闻》(Nikkei)统计,目前台积电拥有50台艾司摩尔EUV机台,三星则有20台。

三星未来在芯片代工市占率及良率,能否迎头追上或超前台积电,都是科技界观察重点。

地缘政治

如同上世纪的石油大战,本世纪的IC芯片(包括语音IC)大战从设计、代工到销售都充满地缘政治凿痕。

有分析称,即便台积电在代工芯片的市占率高出全球一半以上,但是除了苹果之外,高通与辉达(NVIDIA)等大客户仍然没有完全截断与三星或英特尔的订单。从商业角度来看,这是避免依赖单一供应商可能带来的风险,但从地缘政治来看,则是各个经济体谋算保全自己的利益。

今年5月,美国商务部长雷蒙多(Gina Marie Raimondo)在世界经济论坛受访时剑指台湾:「美国最精密的芯片有70%从台湾购买,而这些芯片主要用于(美国的)军事设备,你想要全部都跟台湾买吗?这并不安全。」

美国政府力推的《芯片制造法案》(CHIPS Act)目的是扶植美国本土半导体的发展。共约500多亿美元预算,其中90亿美元补贴半导体业者在美国盖晶圆厂;112亿美元补贴美国本土半导体研发等等。

 在中美半导体语音芯片贸易战中,良品率是关键!

7月25日,英特尔宣布,台积电的第二大客户,即主要生产中国手机的台湾IC设计大厂联发科(MediaTek),将成熟制程(泛指7奈米以上的芯片)的一笔订单给了英特尔。外界分析,在美国芯片法案的影响下,联发科必须开始表明与美国合作。

许多分析称,美国试图与台韩甚至日本结盟,在东亚半导体建立排除中国的「干净产业链」的战略越来越明显。卡普里向BBC强调,美国并非正在扼杀台湾或韩国的半导体发展,而是「策略性」的与台韩在内的关键供应商,在电动汽车、物联网和电信等新兴领域上加强合作,「这是涉及经济和技术的反馈」。

台湾财经评论人谢金河认为,今年5月拜登亚洲第一站先到三星,是美国与台积电合作后稳住半导体产业链的另个重要脚步:「如此一来,全球重要半导体聚落,从台积电等都在美国阵营底下。」防堵手段包含芯片法案提到的十年内不准到中国盖新厂。

2020年底,美国禁止企业向中国出售可用于制造10纳米或更先进制程设备。此外,台湾法规限制台积电在中国至多只能生产14纳米芯片。

欧洲方面,美国这两年则持续动用外交手段,阻断艾司摩尔公司销售EUV机台中国半导体厂商。荷兰外交部长胡克斯特拉(Wopke Hoekstra)今年7月13日便证实,美国正与荷兰磋商有关禁止艾司摩尔向中国出口芯片制造技术,及销售EUV机台相关事宜。

卡普里认为,为了对抗中国在5G等科技的持续发展,美国及其主要战略合作伙伴(特别是包含日本,英国等七大工业国组织会员(G7),将借着与三星和台积电其他半导体大厂,「融入当地的半导体供应链及产业生态系统,这些生态系统和供应链会被安全地包围起来,这就是所谓的『全球在地化』(glocalisation)」

因此,在这背景下,未来中国半导体产业如何突破美国联合「盟友」的防堵,也是各界焦点。

根据《法广》报导2022年五月,中国智库「国际经济交流中心」总经济师陈文玲,出席中国人大「中美论坛」时突然提到,应对美国及西方「像制裁俄罗斯一样对中国进行毁灭式制裁的情况下,我们一定要收复台湾,特别是进行产业链、供应链重构方面,一定要将台积电这本来属于中国的企业抢到中国手里。台积电正加快向美国转移,要在美国建立六个厂,我们絶对不能让它转移的目标全部实现」。

无论如何,未来半导体的生产及代工,势必影响国际情势。在中美贸易战持续激烈的背景下下,美国能否成功在半导体界拉拢盟友,中国如何抵御美国牵制,都是未来焦点。

半导体良率是什么?

具体而言,一般商品良率即是「良品数」在总产量的比例。但晶圆制造的良率计算就更加复杂。根据朱岳中博士分析,晶圆制造良率泛指Wafer(晶圆)良率、Die(晶粒)良率和封测良率三者的总乘积。

晶圆良率越高,意味同一片晶圆上产出通过测试的好芯片数量越多。没通过测试的晶粒就会被淘汰,不会被封装成芯片。当然,封装过程也可能再次出问题,所以还会再次测试。「事实上晶圆制造过程有超过300个步骤,每个步骤都有可能产生问题,所以都会有专门的工程师监控测试,随时注意良率变化。所以制造厂商其实也不知道具体良率,只知道最终总良率。」

他分析,基本上一平方单位英寸上会有动辄数亿颗的晶体管,但不可能每一个晶体管都是好的,「良率越高,意味好的晶体管数越多,效能自然也会越好。良率低不意味产品是坏掉或故障的,因为真的有问题的,在测试过程中就已经被淘汰,但势必效能会较差。」

而良率确实是厂商的商业机密,并没有专门统计的机构。但基于商业诚信及对投资者及股东负责,基本上厂商都会在财报中揭露大致数据,客户端其实也有专门推算的部门。过去就有半导体大厂疑似窜改良率数据,被发现丢掉订单的纪录。


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