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歐盟加入晶片製程大戰 拚2030攻克2奈米

歐盟為未來10年的半導體產業發展提出了最新目標。圖/本報資料照片
歐盟為未來10年的半導體產業發展提出了最新目標。圖/本報資料照片

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9日歐盟委員會正式發佈《2030數字指南針(2030 Digital Compass)》規劃書,為未來10年的半導體產業發展提出了最新目標。這份長達27頁的文件中明確寫道:

截止到2030年,歐洲先進和可持續半導體的生產總值將至少佔全球生產總值的20%,攻克2奈米製程,能效至少增10倍。

歐盟對2奈米製程的野心早已不是第一次顯露。此前已有媒體報道,歐盟欲聯合19個歐洲國家打造超級晶圓代工廠,研發2奈米先進製程。

此次規劃書的出爐,無疑是在加速啟動2奈米計劃。歐盟在文件中表示,提出這一目標是為了減少歐洲對非歐盟關鍵基礎技術,以及少數大型科技公司的依賴,以確保「數位主權」(tech sovereignty)。

晶片製程經歷將近70多年的發展,在摩爾定律的規律下,已經從最初的微米級發展到奈米級。如果將28奈米作為先進製程的分界點,那麼早已經引來了先進製程競爭的世界,國際領先的代工廠的競爭已經從14奈米延伸到7奈米、5奈米。

全球最大的晶片廠商台積電、三星均已實現7奈米、5奈米量產,高通驍龍888、蘋果A14等手機晶片均已用上5奈米晶片。擁有自己代工廠的英特爾經歷了10奈米延期後,正努力攻克7奈米,而歐洲最大的晶圓代工廠GF(Global Foundries,格芯),還主要停留在14奈米製程。

此前格芯也有意向7奈米進軍,曾宣佈將在2020年第四季度推出7奈米製程首批晶片,但囿於無法解決晶片燒錢的難題,不得已宣佈放棄這一計劃。而晶片先進製程的投入與產出不成正比也正是整個歐洲晶片市場普遍面臨的難題。

格芯與三星、台積電並稱為全球晶圓代工廠中擁有尖端製程的三駕馬車,但從先進製程的進度來看,以格芯為代表的歐洲市場已經被遠遠甩在了後面。

在競爭如此激烈的市場環境下,歐盟加大力度提升晶片製程似乎已是迫在眉睫之事。

值得注意的是,在半導體領域,當下的歐洲還面臨著缺少大型晶圓代工廠的窘境。如台積電、三星、SK海士力、英特爾等著名廠商所屬晶圓廠沒有一家位於歐洲。

另外,其本土的半導體廠商,作為全球十大半導體廠商之一的恩智浦半導體(NXP Semiconductors)、英飛凌科(Infineon Technologies),其大部分生產已經被外包出去。據瞭解,歐洲目前有三家本土晶片製造商,採用的都是輕晶圓廠(Fab-Lite)和小批量生產的模式。

近20年來,歐洲曾多次嘗試提升晶片製造能力,但效果並不理想。

據瞭解,80年代中期,歐盟曾支持恩智浦和英飛凌實現製程製程跨世代,但後因結果未達到預期選擇了外包模式。

2012年,歐盟負責數字議程的委員NeelieKroes曾提出「晶片空中客車(Airbus of chips)」議程,欲耗資100億歐元,聯合企業、地區和歐洲利益聯合打造最新先進的晶圓代工廠。然而,各大晶片製造商卻對此表示毫無興趣。

直到2020年,隨著全球晶片供應鏈出現中斷,晶片荒加劇,歐盟各國不得不加大對半導體產業發展的扶持力度,以擺脫美國和亞洲廠商的依賴,提升自主研發和生產的能力。

據悉,2020年12月,歐盟已聯合荷蘭、法國、芬蘭等19個歐洲國家共同簽署了一份《歐洲處理器和半導體科技計劃聯合聲明》,並首次宣稱將著力攻克2奈米製程。

聲明中顯示,歐盟計劃斥資500億歐元打造一座先進的半導體工廠,以生產10奈米製程以下的半導體。截止目前,該聯盟的投資總額已超過了1.1兆億元。

近日,歐盟正式出台《2030數字指南針:數字十年的歐洲方式(2030 Digital Compass : the European way for the Digital Decade)》,旨在推動將其數字目標轉化為現實。

在規劃書中,歐盟明確指出晶片對於聯網汽車、智慧手機、物聯網、高性能計算、邊緣計算和人工智慧等多個領域至關重要。

歐盟各國報團取暖,聯和助力晶片產業發展,多少有些勢在必得之勢。那麼十年之後,歐盟是否真的能夠攻克2奈米技術,並且實現量產。這一點我們可以從5奈米製程上窺見一二。

自台積電實現5奈米量產之後,各家手機晶片廠商就開始了激烈的5奈米晶片角逐,蘋果、華為、高通、三星相繼推出旗艦級5奈米行動處理器,並宣稱無論是在性能上還是在功耗上都有著優秀的表現。

但事實上,這幾款5奈米手機晶片的表現並沒有達到預期,並遭遇了一場集體「翻車」。

不少數據評測部落客指出,首發驍龍888的小米11性能提升有限,功耗直接上升,其原因在於三星代工的5奈米製程不成熟。

Moortec首席技術官OliverKing曾表示:「當我們從7奈米升級到5奈米時,處理器速度有了很大的提高,但漏電流也下降得比較快,幾乎與28奈米水平相同,我們不得不去平衡他們。」

因此,行業內將低功耗設計視為晶片行業需要解決的問題之一。而不成熟的設計與製造會影響性能與功耗的最大化折中,因此如何平衡先進節點下晶片的性能、功耗與面積(PPA),也是晶片設計與製造的挑戰。

更尷尬的是,無論是晶片設計廠商還是晶片製造廠商,想要達到5奈米、2奈米等先進製程,除了需要打破技術上的瓶頸,還需要有巨大的資本作為支撐,熬過研發週期和測試週期,才可能看見收益。

根據市場研究機構International Business Strategies(IBS)給出的數據顯示,65奈米製程時的設計成本只需要0.24億美元,到了28奈米製程時需要0.629億美元,7奈米和5奈米成本急速增長,5奈米設計成本達到4.76億美元。

如前所述,格芯晶圓代工廠便是出於經濟考慮,於2018年宣佈擱置7奈米項目,將資源回歸12奈米/14奈米上。此外,就連實力強大的英特爾也在10奈米、7奈米的研發過程中多次受阻。

最後從時間節點來看,當前的晶片巨頭台積電,從傳統製程28奈米量產,最先進的5奈米製程量產,用了整整10年的時間,中間跨越了14奈米、12奈米、10奈米、7奈米。其中從7奈米到5奈米的過渡用了3年。

因此,以上從技術製程、經濟因素以及研發週期來看,歐盟能否攻克2奈米技術尚未可知,但這條路必然阻礙重重。此外,從目前的全球產業局勢,以及其自身的產業現狀來看,歐盟也只能選擇迎難而上。毋庸置疑,歐盟的新十年目標旨在打破美國在半導體領域的壟斷地位,實現晶片自產可控。

文章來源:Europe’s Digital Decade: digital targets for 2030

( 中時新聞網 趙永紝)

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