臺積電3奈米真的卡關？EUV技術變障礙 救命計劃曝光
全球晶圓代工龍頭臺積電。(圖/達志影像)
外媒近日指出，由於臺積電3奈米制程卡關，蘋果下一代iPhone處理器A16晶片，將延用臺積電5奈米制程，創連續3年使用同一個製程的狀況，臺積電也迴應，不評論市場傳聞，重申 3 奈米制程按計劃進行。不過，業界認爲，蘋果可能也考量到成本關係，纔會推遲手機晶片採用3奈米制程，至於臺積電也爲了改善成本，針對極紫外光(EUV)推動改善計劃，以及改良EUV機臺設計，還有導入先進封裝，讓3奈米制程有更多的客戶願意採用。
據《工商》報導，3奈米制程面臨晶片設計複雜度以及晶圓代工成本飆高等問題，更因爲EUV曝光機採購成本創新高，產出吞吐量（throughput）提升速度放緩，讓3奈米晶圓代工報價恐達近3萬美元。
此外，EUV機臺透過特殊的反射鏡進行傳送，耗電量達深紫外光微影（DUV）機臺10倍以上，來達到最後剩下2%的光能進行曝光，臺積電透過機臺程式修正，將EUV光脈衝能量最佳化，並重新設計反射結構，有效提升3%反射率；臺積電還分析二氧化碳雷射系統放大器的運轉數據，採用變動頻率取代固定頻率的運作模式，進一步強化放大器10%能源使用效率。臺積電也提升EUV機臺5%能源使用效率，預計用在生產3奈米制程的機臺上。
業界透露，臺積電將啓動EUV持續改善計劃（CIP），在維持摩爾定律進程上，希望在增加晶片尺寸同時，減少先進製程EUV光罩使用道數。
荷商半導體生產設備商、獨家供應EUV曝光機的艾司摩爾(ASML)，今年下半年推出的NXE：3600D價格高達1.4～1.5億美元，每小時吞吐量達160片12吋晶圓，基於5奈米制程的4奈米進行改良，EUV光罩層大約在14層之內，3奈米制程將達25層，導致成本暴增，不是所有的客戶都願意採用。
臺積電透過CIP有機會降至20層，雖然晶片尺寸將略爲增加，但是有助於降低生產成本與晶圓代工報價，讓客戶更有意願導入3奈米制程。
從semiwiki統整資料顯示，臺積電在開放創新論壇（OIP）釋出更多先進製程推進數據，3奈米制程在開放創新夥伴的設計技術協同優化 (DTCO)下，目標PPA較5奈米邏輯密度增加1.6倍、傳輸速度提升11%，節能27%。目前該平臺關於3奈米制程以下的技術檔案達3萬8000個，開發中製程設計套件也超過2600個。
不僅是先進製程，臺積電整合旗下包括SoIC(系統整合晶片)、InFO(整合型扇出封裝技術)、CoWoS(基板上晶片封裝)等3DIC技術平臺，命名爲「TSMC 3DFabric」，提供業界最完整且最多用途的解決方案，可能採用臺積電3奈米的美國處理器大廠AMD，以及臺灣的IC設計龍頭聯發科，從高效能運算(HPC)領域的3D IC、手機AP的Fan-out封裝，都需要TSMC 3DFabric支援。
臺積電總裁魏哲家在今年10月法說指出，將延用鰭式場效電晶體（FinFET）架構，提供客戶最成熟的技術、最好的效能及最佳的成本，臺積電3奈米推進時程也符合預期，已開發完整平臺支援高效能運算（HPC）及智慧型手機應用。
魏哲家指出，3奈米制程節點有許多客戶參與，相較於5奈米世代，預期首年會有更多新的產品設計定案（tape-out）。
魏哲家表示，臺積電3奈米制程2021年下半年試產，2022年下半年量產，由於製程上更爲複雜，須要採用更多新設備，到時候成本一定比5奈米制程高，預期2023年第一季將明顯貢獻營收，強化版的3奈米N3E製程量產則是預定在3奈米推出1年後。
至於《The Information》報導提到，臺積電就算最新制程延遲，仍有望成爲首家生產3奈米制程的業者，超前英特爾、高通等晶片製造商，但蘋果iPhone 14恐怕無法如市場預期的採用3奈米制程生產處理器晶片。
臺積電日前推出4奈米N4P製程，做爲臺積電5奈米家族的第3個主要強化版本，N4P的效能較原先的N5增快11%，也較N4增快6%。相較於N5，N4P的功耗效率提升22%，電晶體密度增加6%。同時，N4P藉由減少光罩層數來降低製程複雜度且改善晶片的生產週期，展現了臺積電持續追求及投資提升製程技術的成果。
市場消息也指出，N4P基本上就是2022年蘋果新一代iPhone所搭載A16晶片所需製程。供應鏈透露， A16晶片將有架構上大幅更動，採用N4P製程可以透過小晶片封裝(Chiplet)，再增加晶片的電晶體集積度（Density）、降低成本，更可以提高運算效能及有效降低功耗。
最新消息指出，蘋果計劃2023年推出第3代M系列處理器晶片，代號分別爲Ibiza、Lobos及Palma，採用3奈米制程，，CPU核心數將達40個以上，遠遠超越M1 Pro及M1 Max的10核心設計。其中，前2款產品爲MacBook Pro及Mac桌機打造，後面1款用於iPad及MacBook Air等產品，生產時程也符合臺積電2022年下半年量產3奈米制程，2023年供應給客戶的預期。