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2024年02月24日

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为什么说2纳米可能是台积电的滑铁卢?

作 者 | 张津京

 

现在芯片的制程又成为焦点。

 

最新消息显示,台积电2纳米可能下半年上线,苹果成为首批“吃螃蟹”的企业。

 

但也有很多评论表示,台积电这么做有很大风险,最核心就是会让自己的发展遇到阻碍,甚至出现业绩的滑铁卢。

 

这究竟是怎么回事?

 

01

 

我记得我很早的时候就跟大家讲过,芯片这么大的一个晶圆上面最小的芯片集成电路核心是晶体管,它是三个部分组成:栅极、源极和漏极。

 

源极和漏极相当于一个像管道一样的东西,栅极是中间有一个闸门,然后产生一个作用,就是电子从这管道穿过的时候,如果栅极这边通电了,卡在这它就通不过去,那么这一个晶体管显示的实际数字就是0;如果栅极打开了电子通过去了,它显示的数字是1。

 

0 1就是二进制,实际上晶体管最底层它就显示的是一个机器语言二进制,大概是这么一个情况,大家可以这么理解。

 

然后我们现在说的几纳米这事,实际上是由台积电的创始人张仲谋提出来的,他提出来的那个东西就是栅极的宽度。也就是说,所谓芯片的制程纳米数,就是栅极中间大闸的宽度。

 

行业内人大家都知道,这个东西就是一个数字。因为从7纳米往上这个事大概还是成立的。14纳米的肯定它的性能稍微比12纳米的要差一点,12纳米肯定是要比7纳米要差一点,大概这么一个情况,它还是能解释得通。

 

但是7纳米以下,栅极的宽度越来越小的时候,出现一个大的问题,就叫电子隧穿效应。

 

这个效应就是说,由于宽度太小,电子依然能够大量从中间闸门这穿过去,就形成了这样的一个电子隧穿效应。

 

因为按理说这应该是显示0的时候,它依然在电子穿过去的话,它在中间的部分摩擦它就产生了大量的热量,这就是电子隧穿发热的这么一个过程,就是晶体管的这样的特性。

 

所以说很多人在做结构上的调整,比如说实际上的5纳米跟7纳米之间很多的时候并不是一个结构上的多么颠覆式的变化,像三星讨巧,他做的5纳米,他就把栅极应该是平行,结果把中间这个地方等于变成一个类三角的形状,所以中间这个地方变窄了,那就是5纳米了,但它底下的宽度没有变化,要形成一个梯形面,或者说一面是直线,一面是梯形面,大概这么一个方式,尽可能的减少电子隧穿的效应。

 

当然华为怎么设计的,我没有研究我不好去说,但是整个过程几乎类似。

 

02

 

所以我们说现在刚刚台积电出年报以后,为什么所有的分析师都不看好,甚至台积电的前景都被很多分析师往下压,就在这里了。

 

分析师有一个特别重要的观点,就是认为3纳米其实是台积电能实现的生产制造盈亏的平衡点。

 

行业内的人基本认同,纳米数概念是张忠谋为了忽悠市场提出来的,这种东西总是有一个点是可以到尽头的,这个尽头的点大家认为是3纳米。

 

因为3纳米再往下电子隧穿发热效应非常明显,3纳米目前为止,高通是在今年下半年才去做测试,他现在也没有做,他应该用的5纳米做的,现在的8gen3类似是4纳米的技术。

 

有个概念要说清,3纳米5纳米7纳米还是正常的一个变化,中间的6纳米和4纳米其实都是结构的优化,不是说正儿八经他就用4纳米的光波或者5、6纳米的激光。没有这样的激光,光刻机依然是深紫外的光,一个稳定的光源,没有说把激光调到7纳米或者调到5纳米,没有这个概念。

 

它依然是深紫外的光源,只是说它可以达到能光刻7纳米、5纳米的栅极宽度水平而已。

 

现在看,对于台积电来说,两纳米肯定是电子隧穿效应非常明显,发热控制不住,他们据说换了一个非常新的架构,但这个架构现在的测试也是不好的。

 

而3纳米就出现一个良品率只有40%多一点,剩余50%多是没法做良品的。然后苹果是它目前为止3纳米芯片的唯一的买家,苹果给它的条件是它只为那些良品的芯片付费。

 

 

 

 

我们作为资本市场的数据的分析者,我们对于台积电上一个年度,尤其是第四季度,披露3纳米的芯片销售收入增长的这样的一个状态,我们是持怀疑态度的。

 

包括国际上所有的分析师对这件事都是持怀疑态度的。大家认为台积电是将给予苹果的价格乘以了所有生产出来的3纳米芯片的数量达成这样一个值,但其实这里面有50%多,这个苹果是不掏钱的,它其实没有拿到收入的。

 

03

 

只有那40%多苹果是掏钱的。从这个角度来看的话,3纳米它一定是赔钱的一个状态,它现在硬推2纳米,让苹果明年成为2纳米的唯一的用户,苹果的条件依然是我只为那些良品率达标的芯片付费,不达标它依然不付费。

 

这就产生一个问题,台积电这两年在低纳米数上投了大量的研发精力和大量的钱,他现在的客户只有苹果一家3纳米,可能下半年会出现高通,但是高通也很鸡贼,它现在依然在测试。它主要是想让苹果趟出3纳米的良品率爬坡的这条线以后,它来介入,它不想这么早介入,高通也是比较鸡贼的,它是一个比较成熟的企业。

 

这个样子来看,对于台积电来说它现在很难受,它的低纳米数的市场受冲击非常大,现在的情况非常不好,因为它的盈亏平衡点迟迟达不到。

 

但是它的高纳米数,就是我们说的14纳米、28纳米这种成熟纳米数的芯片,按理说应该是市场主流,他这两年放任了国内的这些芯片厂商的崛起,他也没有做相关的限制。

 

其实台积电是阿斯麦的股东之一,他是有办法的,但他没有做,他认为中低端让大陆这边来做,高端他自己来做就行了,他吃高端的市场。

 

结果现在的问题是3纳米以下的芯片“不好吃”,所以形成了现在一个非常麻烦的局面。

 

所以我标题写的就是“2纳米很可能成为台积电的滑铁卢”,这个事真的可能不是开玩笑,行业内所有人都这么看。因为台积电现在没有办法解决电子隧穿效应,这个东西非常麻烦,有可能他会用3年到5年的时间,或者说是在我们的半导体在理论上有一个飞跃式突破,才可能去处理完。

 

或者说换了新的这个设备和新的这种工艺,但是换新的设备和新的工艺的话,意味着台积电现在100多亿美元投资的这几条产线就彻底报废,对他来讲他是没法想象的。

 

所以这个事情非常纠结,对他依然说是非常纠结。

 

这也是为什么3月份开始,他要在国内在成熟的制程上面要打价格战,他要开始抢市场,不然的话他一季报还凑合,因为毕竟消化的是去年的订单。二季报以后怎么办?现在是个大问题。

 

而且iPhone15里面嵌的这颗3纳米的芯片发热极其严重,说明3纳米其实没有解决发热问题,在结构上没有一个很好的办法解决,目前为止是这么一个情况。

 



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