關於半導體工藝選擇中的主客觀因素

集微網消息（文/Oliver），晶圓代工的工藝節點有許多，做選擇的主觀因素是基於IC設計公司對於工藝和市場的判斷，而客觀因素，則是龍頭代工企業的產能問題。

目前市面上的高端手機處理器中，除了三星的Exynos晶片之外，幾乎全都採用台積電的7nm或其衍生工藝製成，這直接讓台積電市值飆升到了2849.23億美元，一舉超過三星成為了亞洲最有價值的公司。

台積電第三季度財報顯示，7nm營收占比高達27%，台積電今年新增的2%產能也全投在了這一節點，預計7nm年產能規模高達100萬片。

儘管如此，台積電還是低估了今年的晶圓代工市場，第四季度7nm產能接單全滿，明年上半年也供不應求，甚至連16nm、12nm以及10nm也開始陷入產能不足的境地。

越來越細分的工藝節點

隨著半導體工藝不斷演進，摩爾定律已經很難去完美的遵循。

於是乎，各種過渡工藝成為了代工廠的法寶。

在台積電的原始7nm（N7）和5nm（N5）之間，就有N7P、N7+和6nm（N6）三種選擇，而N5也有一個增強版本N5P，如此細分的工藝節點，究竟在性能上有多大的區分呢？

根據集微網此前報導，N7P 與 N7 的設計規則相同，電晶體密度沒有增加，但新工藝優化了前端（FEOL）和中端（MOL）製程，可在相同功率下將性能提升 7%、或在同頻下降低 10% 的功耗。

N7+引進了ASML的EUV設備，並使用了5層的EUV光罩層。

相較於N7工藝，N7+可以將電晶體密度提升了20%，同等功耗水平下能夠提供10%的性能增幅，或者同性能節省15%的功耗。

N6雖然比N5低一個版本，但該節點的量產時間預計比N5還要晚。

N6是N7的EUV等效工藝，其使用的EUV光罩層比N7+要多，而且兼容於N7，從而能讓大部分N7客戶更容易升級到這一節點。

相比於N7，N6電晶體密度提升45％，可帶來15％的性能提升或20％的功耗下降。

N5是台積電明年的重頭戲，目前已知僅有華為和蘋果將會倒入這一最先進的節點。

該節點將全面使用EUV工藝（14-15層），相較於N7節點， N5的電晶體密度大增80%，並帶來同功耗15%的性能提升或者同性能30%的節能。

N5P工藝作為N5的進階版，在基礎上採取了FEOL 和 MOL 優化。

相比於N5，N5P能讓晶片在相同功率下提升 7% 的性能，或在同頻下降低 15% 的功耗。

均以N7為基準，通過上表不難看出，台積電這些細分節點每一代之間的區別並不大。

所以，作為手機CPU廠商來說，最先進的工藝不一定是最好的選擇。

市場消息透露，N7+流片費用為2.1億人民幣，而N5全光罩流片費用更高達3億人民幣，在這些細分工藝之間的升級同樣意味著高昂的成本，晶片廠商需要充分考慮個中商業因素。

晶片廠商的主觀抉擇

華為麒麟990系列的工藝選擇很好理解，5G版本集成的5G基帶會占用很多的電晶體，因此選擇了目前最優的N7+工藝，而4G版本在GPU和NPU大幅優化過後，N7足矣。

而關於高通剛剛發布的驍龍865，外界存在諸多疑問，例如「為何不用EUV工藝？」、「為什麼不找三星代工？」。

集微網記者從第四屆高通驍龍技術峰會上獲悉，高通選擇台積電的N7P來代工驍龍865，一方面更符合商業利益，另一方面能讓供應鏈更多樣化，因為同時推出的驍龍765/765G是由三星7nm代工。

值得一提的是，驍龍865的「5G伴侶」驍龍X55基帶同樣是採用了台積電的N7P工藝，由於X55大機率將會被下一代5G iPhone採用，業內人士@手機晶片達人 透露，原本高通也打算在三星代工驍龍X55，但蘋果方面表示僅會使用台積電生產的驍龍X55。

最後，關於不支持5G的蘋果A13和聯發科的業界第一顆5G SoC 「天璣1000」。

前者因為不支持5G，退而求其次選擇N7P工藝，合情合理。

那麼集成了5G基帶的「天璣1000」為何只使用了台積電N7工藝呢？

據了解， 「天璣1000」採用了主頻高達2.6GHz的4個ARM Cortex-A77大核，而A77架構的性能相比上一代的A76架構提升了20%。

GPU也採用了最新的ARM Mali-G77 MC9，相比上一代的Mali-G77提升了40%。

有了A77和G77這樣的左膀右臂，聯發科或許認為N7足矣。

更重要的是，N7與N6兼容，聯發科作為第一個試水5G SoC的晶片廠商，一旦採用N7的天璣1000帶來了不錯的營收，那麼在衍生版本中平滑的升級到N6將會幫助聯發科進一步擴大優勢。

客觀因素導致群雄逐「產」

各大手機廠商對於工藝節點的選擇，還受到一個重要的客觀因素影響，那就是台積電的產能問題。

據了解，台積電今年N7+的產能十分稀缺，很難滿足大客戶的批量生產，所以只有麒麟990系列的5G版本採用了該工藝。

所以，對於台積電而言，加購EUV機台刻不容緩。

因為N7之後的每一個工藝節點都需要用到EUV設備，而EUV設備的年產量十分有限，2018年總產量僅有22台，今年雖然增加了產能，但預計也只有30台左右。

其次，7nm和5nm的擴產必須雙管齊下。

此前，台積電大幅上調了今年的資本開支，從原定110億美元增加到了140-150億美元，增幅超過40%，其中有25億美元用於5nm工藝擴產，剩餘用於先進工藝研發和其他工藝產能擴充。

根據台積電的規劃，5nm工藝首先在南科Fab 18工廠一期量產，明年Q3機電室產能達到5.5萬片晶圓/月，Fab 18工廠的二期工程也規劃了5.5萬片晶圓/月的產能。

相比於5nm，台積電7nm產能緊張的形勢更為嚴峻。

因為5nm目前已知僅有華為海思和蘋果這兩大客戶，而在7nm方面，明年台積電不僅有聯發科、高通這兩個手機處理器大單，還有來自電腦CPU和GPU方面的AMD、挖礦機晶片方面的比特大陸搶奪產能，雖然蘋果和華為旗艦晶片轉向5nm能夠空置出許多7nm產能，但還需要考慮到各類中低端5G手機也將逐漸會跟進到7nm節點。

可預期的時間內，市場需求將始終超過台積電的產能水平。

2020年將迎來5G手機的第一波爆發，手機晶片巨頭群雄逐鹿的好戲一觸即發，而這「鹿」的其中一面，則將會是台積電的產能。

（校對/ICE）