浅析台积电3nm工艺存在的两大难关

下周四，全球最大的芯片代工厂商台积电将会公布去年收支状况以及今年的支出计划。前几日，台积电决定将公司今年的资本支出增加到220亿美元，其主要原因在于台积电对于5nm制程的量产以及3nm制程的布局规划所需。

有网友可能会好奇，华为和台积电的合作被迫终止，台积电的产能空出一大个缺口，产能应该是大幅下降的，为何反而将资本支出增加至220亿美元呢？其实台积电失去华为后，苹果公司便很快补上了其空缺。

据最新消息，明年台积电80%的5nm制程产能都将被苹果包揽。由于产能供不应求，台积电还取消了苹果、高通等客户的优惠。

目前台积电5nm工艺的月产能约为6万片。根据台积电的预估，到今年下半年，5nm的月产能将达到10万片。此外，台积电在3nm制程方面也在积极布局，和5nm制程工艺相比，3nm工艺不仅晶体管密度提升了70%，性能提升了15%，而且功耗更低。

不过由于当前的设备和工厂等无法满足3nm制程工艺的需求，台积电只能重建晶圆工厂。目前苹果已经成为台积电3nm制程的首批客户，预先承包了台积电3nm制程的初期产能。

作为台积电最大的竞争对手，三星也没闲着。三星预备投入1160亿美元在3nm制程的研发和生产，以期赶超台积电。不过，就目前的形势来看，三星在3nm制程方面仍将落后于台积电至少半年以上。

在技术领先、产能、和订单数量又很充足的情况下，台积电本该迎来营收高峰，然而台积电最近却遇到了两大难关，主要问题出在3纳米的研发和量产方面。

难关一：研发进度受阻

台积电和三星都在3nm工艺的开发中遇到了困难，原本预定2022年实现3nm量产，也有可能往后推延，由此将影响苹果的产品开发进度。

台积电董事长刘德音透露，为了开发3nm工艺，台积电已经投入了2万亿新台币（折合人民币4620亿元）。但是由于3nm工艺逐渐接近了摩尔定律的极限，开发难度极大，即便台积电的3nm采用了保守的FinFET技术，开发依然不是很顺利。

如果台积电不能在这两年里突破，那未来几年里，手机行业都要使用5nm工艺的芯片了。

难关二：台积电遭遇“用电荒”

如果不是台积电官方公布的数据，很难想象的到台积电对电量的消耗是如此的恐怖。2019年台积电全球能源消耗总量达到143.3亿度，这个数字几乎相当于深圳一年的总用电量。

另外台积电的3nm芯片工厂投产后，耗电量预计每年增加70亿度。如此庞大的耗能，就算将岛内新增用电量的1/3都供给台积电，对于能源匮乏的WW来说，也是压力山大！

台积电计划在2024-2025年间，把3nm芯片产能集中在台南科学园。届时，量产所需的能源消耗导致的“缺电”问题，将成为台积电在3nm制程工艺上的最大威胁。

所以，虽然以台积电的营利支付巨额电费不过九牛一毛，但是很明显此刻台积电面临的这两大难关已经不是钱能解决的了。前几年小菜情急之下还喊出了“用爱发电”的口号，但爱显然不能为台积电生产芯片。

眼下台积电所要解决的，不仅是对3nm制程工艺的布局，还要解决“缺电”问题。能否按计划在2022年量产3nm工艺，还是有点悬的。

不过对国产芯片制造企业来说，勉强算是一个好消息，可以拥有更宽裕的时间来追赶台积电的技术水平。
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