2010年4月17日 星期六

先進製程台積超越英特爾? 這個誤會可大了!

今天早上看到某產經大報「XX日報」在頭版頭條大標題報導 “先進製程 台積超越英特爾”,內文寫到TSMC蔣尚義表示,台積電將跳過22nm製程,直接發展20nm製程,預計3Q2012開始導入生產,2013年量產,“進度首度超越半導體龍頭英特爾,讓台積電在先進製程發展拿下全球第一。”

如果我是Intel的人,看到這篇報導可能要吐血了,RRB(Richad's Research Blog)的觀點只有一句話:
 “這個誤會可大了!”
雖說是誤會,但是要解釋起來,還真是不太容易,要花費不少唇舌,也難怪記者和主編大人產生誤會了

1. Intel根本無意開發20nm,又怎麼會落後TSMC?

首先要講一個基本的東西,半導體製程技術世代(process technology node)早年都是full-node,後來在foundry和以Graphics廠商為主的Fabless基於成本和競爭因素下,在下一世代製程技術成熟之前(通常要2年以上),以現有的full-node製程技術為基礎,微縮開發半世代的製程half-node,例如主要full-node世代進展為: 0.18um、0.13um、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm,而0.15um是0.18um的half-node,0.11um是0.13um的half-node,80nm是90nm的half-node,55nm是65nm的half-node,40nm是45nm的half-node,28nm是32nm的half-node,20nm是22nm的half-node……

以往大部分IDM都遵照主要世代製程開發full-node,根本不願(或不屑)開發half-node,因為在製程技術競賽中,開發真正的下一世代製程才是王道,把資源放在修修改改的half-node,反而有損長期競爭力,所以像Intel、以前的AMD、TI、ST Micro等IDM,技術藍圖裏面都是只有full-node沒有half-node,Intel也是如此,CPU產品中Penryn和Nehalem是45nm,Westmere和Sandy Bridge是32nm,到了2011年的Ivy Bridge和2012年的Haswell則是22nm (Intel的microstructore和process technology是交替開發,叫做“Tick-Tock”開發模式,和本次主題無關,不多談),請注意,這些IDM的製程藍圖中根本沒有40m、28nm和20nm這些half-node,既然很多IDM只開發full-node,所以應該把65/55nm一起比較、45/40nm一起比較,32/28nm一起比較,22/20nm一起比較才合理,否則,Intel根本沒有20nm,TSMC又如何領先呢? Intel沒有28nm製程,難道我們可以說,"TSMC今年領先Intel開發完成28nm技術" 嗎?

2. 若比較22/20nm,Intel有落後TSMC嗎? NO, Intel持續領先

真正要比的,是Intel的22nm進度如何? 有輸給TSMC嗎? 先看45/40nm,45nm已經是Intel快要淘汰的技術了,TSMC的45/40nm才正在放量當中,慢了很久,再看32/28nm,Intel今年以Westmere based的Arrandale(屬於Calpella platform的integrated graphics solution)是一顆two dies chip(兩顆die封裝成一個chip),其中的graphics die還是用45nm製造,而CPU die則已經進入32nm大量生產,今年底可能量產的Sandy Bridge則更進一步直接把CPU+Graphics做成一個32nm single die,而TSMC的32/28nm在哪裡? 還在RD部門開發當中,還沒有開發完成轉入工廠製造部門,也就是說還沒有放入菜單給客人下訂單,照TSMC公佈的技術發展資訊,TSMC不像上一代45nm先出來,然後40nm再出來,這次RD部門雖然也有開發32nm,但TSMC在2008年就決定將重心放在28nm當成 “A Full Node Process”,其中Gate stack material部分,32nm和28nm-LP(low power)版本用得是既有的SiON,28nm-HP(high performance)才開始使用High-K Metal Gate(HKMG),至於正式開張量產的時間,TSMC和Qualcomm已經共同宣布今年中(mid-2010)將量產28LP(SiON/Gate First)製程,從產業資訊猜測,28HP(HKMG/Gate Last)製程可能在Late-3Q10量產,而28HPL採用HKMG/Gate Last材料及製程的low power版本最快今年底(Late-2010)才會量產,因此,32/28nm世代,Intel還是遙遙領先TSMC。

再看22/20nm,Intel在去年9月舊金山IDF會場已經公開展示以22nm製造完成SRAM+Logic試驗晶圓,切出來的chip已經可以功能正常運作,Intel並計畫將於2H2011年用22nm量產Ivy Bridge。至於TSMC在新聞稿中說明的20nm導入時間為2H2012,量產時間可能要到2013年,還是晚了Intel一年以上,這還不包括執行力因素,如果要猜誰會落後,誰會準時完成,請各位去參考這兩家公司網站的歷史新聞稿資料庫,比較一下誰的製程開發進度落後計畫時程的機率即可得到答案。

3. TSMC為何要跳過22nm直接做20nm ?

除了新聞稿上的理由之外,這部分RRB(Richard’s Research Blog)純粹猜測,這是一個很自然的商業決定,以前half-node和full-node量產時間相隔動輒1年,但TSMC到了45/45nm則不一樣,40nm只比45nm晚了頂多半年就開發出來,讓大部分客戶的產品直些跳過45nm而採用40nm,40nm訂單遠多於45nm,而32nm更明顯,只把基礎研發做完,根本不商品化,直接將商業量產的世代放在28nm,因此TSMC說28nm是一個full-node(雖然大部分IDM如Intel、STM並沒有28nm製程, Renesas是一個例外),所以,TSMC在45nm生意並不太多,32nm並沒有商業量產,則跳過22nm這個full-node,將原本被大家定義為half-node的20nm當做主力製程產品,就像28nm一樣,應該不是太意外的事情。這個理由也符合新聞稿說的 「為客戶創造價值」、「必須積極考量投資報酬率」的說法,畢竟,如果花重金開發一個製程例如45nm,結果生意卻不如40nm,或開發一個32nm卻沒量產,到不如直接做完基礎研發之後就直接跳到half node比較實在,至於這個製程要叫做full-node還是half-node,似乎也不是那麼重要了。

後記1: 以上東西有點複雜,錯誤疏漏之處應該不少,有錯請包涵指正。
後記2: 文中有提到Gate First和Gate Last,也是相當重要的議題,重要性可能可以比擬當年0.13um銅製程大戰中,TSMC選擇採用Black Diamond材料,大敗採用Silk的IBM/UMC聯軍的歷史故事,只是這一次,IBM聯軍成員更多了,雖然少了UMC,卻加入了Global Foundry(前AMD的製造部門)、Chartered、Samsung、Freescale、Infineon、ST Micro等Foundry和IDM大廠,IBM聯軍軍容比當年更壯盛,2011年應有好戲可看,當然,對手越多越強,如果這次TSMC再度勝利的話,戰利品恐怕也會很大,我們拭目以待,此議題和上文無關,下次有空再談。

http://it.big5.enorth.com.cn/system/2009/09/23/004211632.shtml


4 則留言:

sanger 提到...

內容對我還挺艱深的,不過真是上了寶貴的一堂課,謝謝提供的分析.

匿名 提到...

有關22nm or 20nm的選擇, 也可考慮
1. 經濟因素, 正如蔣博士在4/27法說會點到的, node微縮0.7X時有可能創造10% gain, 也才能延續Moore's law的成本效益. 所以40nm微縮0.7X就是28nm, 28nm微縮0.7X就是19.6nm, 湊個20nm好聽吧. 所以猜一下 下個node是多少
2. 曝光能力, 45/40nm是導入193 immersion曝光的第一個世代. 買了那貴的scanner當然要把能力用到滿, 能做40nm為何不做. 也可查查scanner廠商的廣告, 不同機型可以做到啥node.
3. 實際尺寸, 只的是真的做出來的最小尺寸到底有多小, 要比gate length和contacted gate pitch這兩個值. Nekei有文章比這些, 可以發現不同公司號稱的40nm代別, 其實尺寸不見得真比45nm世代的小.
4. 所以不要太在意啦, 重點還在不同世代技術上的突破為何, 這才是賣高價wafer的基礎吧.

Charles

Richard's Research Blog 提到...

Charles

多謝指教

Richard

匿名 提到...

好文!謝謝Richard!

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