拜登親自站臺2納米！200億美元地球最大硅制造基地啟動，英特爾要逆襲三星臺積電？
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在美國2800億美元的「芯片與科學(xué)法案」通過一個多月之后，英特爾計劃已久的俄亥俄州200億美元的芯片工廠終于正式破土動工。
作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)回歸美國本土的標(biāo)志性事件，總統(tǒng)拜登親臨工地現(xiàn)場出席動工儀式，并表示祝賀。
此前，由于芯片法案推進不順利，英特爾不久前宣布推遲計劃舉行的動工奠基儀式，原計劃該儀式于7月底舉行。
英特爾稱，本次奠基儀式啟動了「地球上最大的硅制造基地」的建設(shè)。未來10年，英特爾計劃在俄亥俄州投資1000億美元。
該公司表示，建廠計劃需要7000多名工人，預(yù)計將容納兩個獨立的工廠，一旦完工，將雇用3000名工人。
英特爾之前推遲了該工廠7月的奠基儀式，因為其計劃主要依賴于「芯片法案」的資金，而國會尚未通過該法案。
但是，經(jīng)過一個夏天的談判，拜登在上個月簽署了2800億美元的「芯片與科學(xué)法案」，稱其為「對美國一代人的投資」。
兩黨達成協(xié)議，以促進美國的創(chuàng)新，希望在全球半導(dǎo)體短缺之后保護美國的經(jīng)濟和國家安全利益。
始于2020年的新冠大流行使全球芯片供應(yīng)鏈斷裂，使設(shè)備制造商更難以為產(chǎn)品采購半導(dǎo)體。與此同時，由于辦公室關(guān)閉，人們開始在家工作，對這些商品的需求激增。
拜登在開工儀式現(xiàn)場表示：
「正如我們在大流行期間看到的那樣，當(dāng)制造這些芯片的工廠關(guān)閉時，芯片就會停產(chǎn)。全球經(jīng)濟就會停滯不前，我們需要在美國本土制造這些芯片，以降低日常成本并創(chuàng)造良好的就業(yè)機會。」
英特爾CEO帕特·蓋爾辛格與拜登一起參加了這個儀式，他說，這座工廠的動工，標(biāo)志著「鐵銹帶」時代的結(jié)束和「硅心帶」的開始。
鐵銹帶是對美國自上世紀(jì)80年代起傳統(tǒng)重工業(yè)衰退的一片地區(qū)的非正式稱呼。這一地帶始于紐約州中部，向西橫穿賓夕法尼亞州、俄亥俄州、印第安納州，止于伊利諾伊州北部、艾奧瓦州東部和威斯康星州東南。
自20世紀(jì)中葉以來，由于多種經(jīng)濟因素，例如制造業(yè)向海外轉(zhuǎn)移、自動化程度提高以及美國鋼鐵和煤炭工業(yè)衰退，這片曾被稱為美國工業(yè)心臟地帶的地區(qū)內(nèi)，工業(yè)比重一直在下降。
在該法案通過后，其他大型芯片制造商已經(jīng)宣布了在美國國內(nèi)半導(dǎo)體制造廠的建設(shè)計劃。
本月早些時候，美國另一個主要芯片制造商美光公司表示，將投資150億美元在愛達荷州建立一個新工廠。
最近，電源芯片制造商Wolfspeed也宣布投資50億美元在北卡羅來納州建立一個新的半導(dǎo)體工廠，以生產(chǎn)用于為電動汽車等設(shè)備提供動力的芯片原材料，以應(yīng)對需求激增的情況。
「今天，我們在一個每個俄亥俄人都可以感到自豪的未來破土動工，這項數(shù)十億美元的投資是聯(lián)邦、州和私營部門領(lǐng)導(dǎo)人之間前所未有的合作的高潮，它將改變俄亥俄州的經(jīng)濟，并為后代提供機會，在這里實現(xiàn)穩(wěn)定的中產(chǎn)生活。」俄亥俄州參議員候選人Tim Ryan表示。
拜登總統(tǒng)周五在動工儀式上表示，英特爾將在俄亥俄州這里建立未來的勞動力。
「現(xiàn)在是埋葬「銹帶」標(biāo)簽的時候了，俄亥俄制造和美國制造不再僅僅是一個口號。我們需要在美國本土生產(chǎn)這些芯片。芯片行業(yè)的未來將是美國制造?！拱莸钦f。
拯救摩爾定律，要靠納米級芯片？按照摩爾定律，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔兩年便會增加一倍。然而近年來，一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，摩爾定律將不再適用了。
根據(jù)中國工程院院刊的資料，目前，普遍采用的晶體管結(jié)構(gòu)，是鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）。這套工藝也是英特爾此前一直采用的。
雖然，F(xiàn)inFET工藝從22納米制程之后一直到5納米制程，一直是半導(dǎo)體的主流工藝架構(gòu)。但在尺寸上已逼近物理極限，無法進一步縮小。
在FinFET中，當(dāng)晶體管尺寸變小時，F(xiàn)inFET柵極就無法完全關(guān)閉電流。即使晶體管處于「關(guān)閉」?fàn)顟B(tài)，電子仍會繼續(xù)滲入通道，不但浪費電能，而且還會產(chǎn)生熱量。
而納米級芯片克服了這些障礙，使晶體管能進一步縮小，并提高了晶體管的密度。
圖：納米級芯片晶體管示意圖納米級芯片還為設(shè)計提供了更大的靈活空間，讓芯片制造商能夠通過調(diào)整芯片的寬度來微調(diào)晶體管的性能和功耗。
而且，納米級芯片的制程越高，同樣面積所能容納的晶體管數(shù)量越多，芯片性能就越高。
比如，IBM的研究出的2納米制程的芯片，與7納米制程的芯片相比，其運算速度快45%，能效可提高75%。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士的分析，英特爾新建的兩家晶圓廠，在2025年投入生產(chǎn)時，工藝水平上可以量產(chǎn)20A及18A兩代工藝。
據(jù)英特爾方面說，20A和18A是全球首個達到埃米級的芯片工藝，相當(dāng)于其他芯片制造商的2納米、1.8納米工藝。
這也是為何英特爾躊躇滿志地預(yù)測，新工藝將會讓英特爾重新回到半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者地位。
英特爾真能「彎道超車」嗎？通常來說，納米級芯片的從研發(fā)到投入使用之間，會經(jīng)歷很長的時間。就拿2納米芯片來說，早在2014年，就有相關(guān)研究論文發(fā)表。到2016年，2納米的技術(shù)路線就開始明確了。
2017年，IBM研究院展示了2納米技術(shù)的可行性。
2021年，IBM發(fā)布了全球首顆2納米制程的芯片。
而全球第一家宣布啟動2納米工藝研發(fā)的代工廠——臺積電，預(yù)計于2025年才能實現(xiàn)2納米芯片的量產(chǎn)。
而且越是高制程芯片，研發(fā)越艱難，能參與的玩家就越少。
進入10納米制程之后，全球半導(dǎo)體代工廠僅剩臺積電、三星和英特爾三家。
而在7納米制程之后，全球范圍內(nèi)的競爭者就剩下臺積電和三星。
這是不是意味著，英特爾掌握了1.8納米工藝，就可以重回行業(yè)老大的位置呢？這真不一定。
首先，各大廠商所說的2納米、3納米的概念，其實是每個廠商根據(jù)自身的參數(shù)定義的制程概念。
以驍龍為例，三星用4納米工藝代工了驍龍8，結(jié)果功耗表現(xiàn)不盡如人意。
之后高通切換到了臺積電4納米工藝，驍龍8+的CPU及GPU能效提升了30%之多，差別很明顯。
所以，同樣是一個納米級別的芯片，性能可能差別很大。更何況，很多時候，先進制程是芯片制造商的宣傳手段。
其次，目前半導(dǎo)電制造行業(yè)的老大，在先進制程上跑得并不慢。
根據(jù)財經(jīng)十一人的資料，臺積電的研發(fā)投入基本在穩(wěn)步上升，研發(fā)增速基本上每2到3年就會有一個高點，這與其進入下一個制程的量產(chǎn)有關(guān)。
例如在2020年，臺積電的研發(fā)增速從2019年的8.91%一下子上升到27.59%，那一年臺積電計劃量產(chǎn)5納米工藝，并全面使用EUV。
最后，就算技術(shù)上領(lǐng)先了，率先量產(chǎn)了，不一定代表未來發(fā)展得好。在半導(dǎo)體行業(yè)，這一點尤為明顯。
因為先進技術(shù)不是目的，用先進技術(shù)生產(chǎn)出可靠的產(chǎn)品才是目的。
正如很多半導(dǎo)體的業(yè)內(nèi)人士所說，「良率是關(guān)鍵」。
制程越先進，光罩張數(shù)及工藝復(fù)雜度就越會顯著升高，良率的提升就越難。
雖然技術(shù)、工藝、設(shè)備的革新，讓預(yù)測誰能笑到最后，變成一件很難的事，但從產(chǎn)業(yè)的趨勢來看，擁有最長代工歷史的臺積電，其優(yōu)勢沒那么容易被顛覆。
因為越往先進制程走，就越不是一家或幾家企業(yè)能完成的，就需要更多全球產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)作與配合才能實現(xiàn)。
目前，蘋果、AMD、NVIDIA及高通、聯(lián)發(fā)科等公司依然選擇臺積電工藝代工，那么，在未來相當(dāng)長的時間里，臺積電行業(yè)老大的位置，恐怕還能繼續(xù)坐下去。
參考資料：
https://www.theverge.com/2022/9/9/23344834/semiconductor-joe-biden-ohio-intel-gelsinger-chips-science-subsidies
https://www.cnbeta.com/articles/tech/1314921.htm
https://mp.weixin.qq.com/s/stmj2onYa-5PI81CkRHlgQ
http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.11.008
來源：新智元
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