張忠謀退休前最後一役!臺積電靠7奈米稱霸 三星敗在哪?

張忠謀退休前最後一役!臺積電靠7奈米稱霸 三星敗在哪?

全球晶圓代工龍頭臺積電。(圖/達志影像)

臺積電創辦人張忠謀曾在2019年出席臺積電運動會,說明臺積電將成爲兵家必爭之地,去年在臺灣玉山科技協會20週年慶祝大會暨論壇晚宴的談話再度指出,現在看依舊是如此,不僅科技大廠需要臺積電的先進晶片贏過競爭對手,甚至在車用晶片荒,臺積電的成熟製程晶片也功不可沒,臺灣也靠着臺積電等半導體公司,形成防護臺灣安全的「矽盾」。張忠謀在2018年退休之際,對臺積電來說至關重要的第二代7 奈米制程(N7+)也開始量產,也從此拉開與三星的技術差距。

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研調機構集邦科技報告顯示,2021年第三季晶圓代工領域仍由臺積電以53.1%市佔率穩坐第一,並較上季上升0.2個百分點,三星則是以17.1%市佔率居次、卻季減0.2個百分點,距離20%市佔率還有很大差距。

不過,臺積電也不是一開始就如此成功,但隨着多年來專注在晶圓代工領域,先是在先進製程領域與三星電子同步跨入7奈米制程,英特爾則是受限於產能與研發,停留在10奈米制程躊躇不前,臺積電更是在7奈米制程拉開與三星的技術差距,並在2020年新冠疫情發生後,包括對高效能運算(HPC)、5G、AI以及消費性電子產品需求暴增,臺積電產能受到全球廠商追捧,更在美中科技戰架構、全球晶片荒等問題下,選擇在全球佈局擴張產能。

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其中必須關注的,就是開始導入極紫外光(EUV)微影設備的7奈米制程。張忠謀曾在2016年的臺積電股東會指出,7奈米將是一個很重要的戰爭,主要對手是三星,至於誰輸誰贏仍難下定論,包括時間快、晶片電源效能、價格競爭力等,臺積電將竭盡全力與三星在7奈米制程競爭。張忠謀也在2018年股東會後宣佈退休,交棒給劉德音、魏哲家分別董事長、總裁之位,並在2人手上繼續完成7奈米制程的推動計劃。

根據臺積電官網說明,臺積電7奈米制程採用自20奈米以下製程就導入的鰭式場效電晶體(FinFET)架構,領先業界於2016年6月成功產出良率達到2位數的256Mb的靜態隨機存取記憶體,已於2017年四月開始試產,並於2018年底接獲超過40個客戶產品投片,預計於2019年取得超過100件新的客戶產品設計訂案。第二代7奈米技術、7奈米強效版(N7+)於2018年8月開始試產,將成爲業界第一個商用EUV 製程技術。

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根據工研院 IEK的報告指出,當時全球能進入到10奈米制程以下發展的,除了格羅方德放棄先進製程研發,英特爾10奈米制程產能陷困境,僅剩下臺積電、三星電子能繼續研發7奈米制程。

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據《數位時代》報導,臺積電7奈米採取穩紮穩打路線,初期量產採用深紫外光(DUV)曝光機,利用浸潤式微影和多重曝光技術平穩打進7奈米,第一代7奈米制程2017年第二季進入試量產階段,與10奈米制程相比,7奈米 FinFET可以在電晶體數量相同的情況下使晶片面積減少37%,電路複雜度相同的情況下降低40%功耗。等到DUV技術穩定後,再轉緩至EUV技術,最佳化佈線密度可減少10%到20%的面積,相比第一代7奈米,在同樣的電路複雜度降低10%功耗。

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不過,三星則是大舉進軍EUV技術,並在7奈米之後規劃使用第二代EUV技術6奈米制程,效能預計會更佳,並在2018年下半年預計試產7奈米EUV技術產品,大規模投產時間落在2019年下半年,6奈米制程則是在2020年之後。

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但臺積電先是在良率表現上,協助包括蘋果、AMD、NVIDIA等大客戶與競爭對手競爭,更在穩定輸出產能的情況下,建立與臺積電更密切的合作關係。此外,臺積電的競爭優勢更在於,從獨家供應EUV機臺的荷商艾司摩爾(ASML)拿下超過半數的機臺,臺積電從2017年至去年11月,引進了80 臺 EUV 曝光機,等於是所有的EUV機臺半數由臺積電拿下,相較之下,三星只有35臺。

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相較之下,三星在與臺積電競爭之下,雖然比臺積電更早採用EUV技術,但在良率與產能遠遠輸給臺積電的情況下,臺積電3奈米也是採取與7奈米制程一樣平穩發展,並同時推動EUV改良計劃、先進封裝技術等多方發展。業界也指出,三星3奈米導入GAA技術,但良率恐怕是一大問題,臺積電至少在先進製程競爭下,仍具有優勢。

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