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 提到...

Charles

多謝指教

Richard

匿名 提到...

好文!謝謝Richard!

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