台积电和三星再次登上摩尔定律阶梯

台积电和三星在4月份宣布他们已经再次登上摩尔定律阶梯。台积电首先称其5纳米制造工艺现在处于所谓的“风险生产”，三星也迅速跟进了类似的声明。分析师称这些数据符合预期。然而，与十年前有50％的效率改进相比，摩尔定律显然不比过去。但从大型代工厂的投资来看，客户仍然认为这是值得的。

世界上最大的两个代工厂台积电（TSMC）和三星（Samsung）4月份宣布，他们在摩尔定律的阶梯上又上了一级。台积电首先发言，称其5纳米制造工艺目前正处于所谓的“风险生产”阶段，该公司认为已经完成了这一过程，但最初的客户正在尝试这种工艺能否用在自家产品上。三星随后迅速发布了类似的声明。

台积电说，它的5纳米工艺提供了15%的速度增益或30%的能效提高。三星承诺将提高10%的性能或20%的能效。分析人士说，这些数字符合预期。然而，与十年前的50%的改进相比，很明显摩尔定律并不像过去那样。但从大型代工厂的投资来看，客户仍然认为这是值得的。

为什么5纳米很特别？

5纳米节点是首个从开始就使用极紫外光刻（EUV）技术做出来的。在波长只有13.5纳米的情况下，EUV灯可以在硅上产生非常精细的图案。其中一些图案可以用上一代的平版印刷工具制作，但这些工具必须连续放置三四个不同的图案，来达到EUV中仅需一步的效果。

性能和能效提升

没有EUV，代工厂开始了7纳米的生产，但后来使用它来代替平版印刷的步骤并提高产量。在5纳米，代工厂被认为是使用10到12个EUV步骤，如果使用旧技术，将需要30步甚至更多，如果它能够使用旧的技术的话。

由于包含图案的光罩非常昂贵，而且每台光刻机本身的投资额高达1亿美元，因此“每层的EUV成本更高。”VLSIResearch的G.DanHutcheson表示。但就每晶圆而言，这是一个净收入缺口，而EUV将构成未来所有流程的核心。

谁会使用这一新工艺？

新的制造工艺并不适合每个人。至少还没有。但两家公司都确定了一些可能的早期采用者，包括生产智能手机应用处理器和5G基础设施的供应商。IHS Markit的半导体制造业分析师LenJelinek说：“你必须拥有大量的产品，同时需要速度或能效提升。”

TIRIAS Research的Kevin Krewell解释说，你在和谁竞争也很重要。图形处理单元、现场可编程门阵列和高性能微处理器曾经是第一个利用摩尔定律的。但随着这些市场竞争的减少，移动处理器需要新技术来区分自己，他说。

只剩台积电和三星可以吗？

只有台积电和三星提供5纳米代工服务。据分析人士称，全球代工厂在14纳米时放弃生产，而英特尔公司（Intel）推出相当于竞争对手7纳米技术的产品已经晚了几年，因此被认为正在退出其代工服务。

三星和台积电之所以继续存在，是因为它们能够负担得起投资，并期望获得合理回报。按收入计算，三星是2018年最大的芯片制造商，但其代工业务排名第四，台积电领跑。台积电2018年的资本支出为100亿美元。三星预计在2030年之前，每年都将达到这一水平。

只有两家公司具备最先进的制造工艺，行业能运作吗？“问题不是行业能运作吗？“Hutcheson说。“它必须运作。”

Jelinek表示：“只要我们有至少两个可行的解决方案，那么整个行业就会很舒适。”

下一步是什么？

传统上，芯片制造商的布局是：在7纳米以下为5纳米，在5纳米以下为3纳米。但分析人士表示，预计代工厂将提供各种技术，并进行增量改进来填补缺口。事实上，三星和台积电都在提供他们所说的6纳米工艺。代工厂将需要这些中间产品来满足客户接近摩尔定律边缘的需求。毕竟，5到0之间的数字并不多了。