全球半导体业不断进步积极变革

观察近十来年的全球半导体业究竟发生了什么？首先映入业内的是定律已经趋缓，尺寸缩小快走到尽头，以及产业的发展模式稍有所改变，许多顶级的终端客户，包括苹果、华为、facebook等开始自已研发芯片，它表明市场需要差异化，另外也反映终端客户提出更多的要求，目前市场无法满足它们。

之前是英特尔一家独大，如今它仍是很大，但是真正冲在前面的是苹果、华为、高通、三星、Nvidia、AMD、Xilinx等。然而细想起来，如果缺乏台积电，及ASML的EUV光刻机的支持，全球半导体业会是怎么样？简直让人不敢去想。

台积电一马当先

推动半导体业进步由互联网时代转向移动时代，手机成为中心，而手机的创新离不开它的基带处理器、存储器、RF、CIS及功率电子等芯片的不断更新，所以台积电能跟踪定律，而帮助fabless等实现梦想。它的作用与地位非常穾出。

近期台积电的成功决不是偶然的，归纳起来有以下诸多方面：

具有张忠谋等卓越的领军人物

坚持代工模式，以客户优先

持续的加大研发与投入

全方位发展，如进入先进封装领域等

2019年它的营收高达347亿美元，晶圆产能每月226万片(8英寸计)，平均价格每片高达1,530美元，其中16纳米FinFET及以下制程全年占比首次突破50%，达50.7%；其中7纳米从2018年第三季开始，营收占比节节攀升，至2019年第四季营收为36亿美元占比达35%，2019年7纳米的营收高达94亿美元，占比达27%。

台积电从2012年至2019年投入的研发费用高达192亿美元，平均每年24亿美元，超过联电、中芯国际、力晶科技、华虹宏力、世界先进五家公司的研发费用总和。

在2018年，台积电就以261种制程技术，为481个客户生产了10436种芯片。

台积电已于2019年试产5nm制程，它的南科18厂产能规划接近70,000片，囊括主要客户订单，包括Apple、海思、AMD、Qualcomm等。从设备商订单追加情况来判断，它的5nm与3nm量产都设定在18厂，因此除了既有的5nm产能外，也可能提前将3nm研发计划同步在18厂进行 。

台积电会在5纳米量产后一年推出5纳米加强版（N5+），与5纳米制程相较，在同一功耗下可再提升7％运算效能，或在同一运算效能下可再降低15％功耗。N5+制程将在2020年第一季开始试产，2021年进入量产。目标它的5纳米营收占全年的10%。

台积电从原来的晶圆制造代工角色，逐步跨界至封测代工领域（InFO、CoWoS及SoIC等封装技术），试图完整实体半导体的制作流程。

EUV光刻

之前对于EUV光刻的成功几乎很难想象，如今不容置疑已经真的成功。归结为产业链的共同努力及ASML的坚持不懈。

尽管EUV光刻从7纳米开始导入，可能在2纳米及以下，由于价格奇高而无法再推进下去，但是不可否认，近期半导体业如果没有EUV技术，至少产业可能发生暂时的减缓。所以EUV光刻技术的成功导入其功不可没。

格芯首席技术官Gary Patton表示，如果在5nm的时候没有使用EUV光刻机，那么光刻的步骤将会超过100步，会让人疯狂。所以EUV光刻机无疑是未来5nm和3nm芯片的最重要生产工具，未来围绕EUV光刻机的争夺战将会变得异常激烈。因为这是决定这些厂商未来在先进工艺市场竞争的关键。

据ASML的年报得知，2016年，他们总共才出货了四台EUV光刻机，2017年则交付了10台EUV系统。而2018年，ASML的EUV光刻机产量可以达到18台，但到2019年，全年EUV光刻机订单量达到了62亿欧元，总计出货了26台EUV光刻机。预计2020年交付35台，及2021年则会达到45台到50台的交付量，是2019年的两倍左右。

目前的250W光源应用在7nm甚至5nm都是没问题的，但到了3nm，对光源的功率需求将会达到500W，到了1nm的时候，光源功率要求甚至达到了1KW，这也不会是一个容易的问题。

EUV技术已成功在台积电，三星等生产线中开始实现量产，由于各种问题仍不少，包括它的掩膜、Pellicle，缺陷检测及光源功率等，所以EUV技术需要进一步完善。

由于EUV设备的价格每台约1.5亿美元，2019年它的销售额已上升至108亿美元，非常接近于排名第一应用材料公司的110亿美元。

结语

今年全球半导体业的发展态势变得更加扑朔迷离，受新冠疫情的影响，不但中国，如韩国及日本等也可能波及，所以未来半导体业的态势尚难预料。

从先进工艺制程角度，如逻辑工艺，目前到5纳米，预期2022-2023年能达3纳米，甚至2纳米及以下；DRAM，目前制程达1z纳米，约16-15纳米，未来采用EUV技术可能达近10纳米，而3D NAND，目前量产已达128层，至2025年时有可能超过300层。

半导体业持续不断的进步，依赖于市场需求上升及产业链的共同努力。从尺寸缩小角度定律可能止步，然而在5G，AI，IoT，自动驾驶等市场推动下，产业的自适性提高，产业的生存期仍很长。但是未来的技术，包括SiP，堆垒技术，AI，IoT，及自动驾驶等，挑战都很大，需要时间的积累。