為什么*nm工藝制程這么難？除了臺積電還有誰(shuí)？(轉載)
和1Xnm半導體工藝的百花齊放相比，個(gè)位數的制程就顯得單調許多了，很多在10Xnm大放異彩的半導體公司都在*nm制程處遭遇到了苦頭。
隨著(zhù)AMD御用代工廠(chǎng)商GF宣布無(wú)限期延期*nm制程工藝，目前僅剩下的*nm工藝也只有臺積電能夠在現階段實(shí)現量產(chǎn)，無(wú)論是華為的麒麟*80處理器還是蘋(píng)果的A12處理器，他們清一色地選擇了臺積電作為代工廠(chǎng)。
在這個(gè)贏(yíng)者通吃的半導體工業(yè)中，臺積電似乎占據了半壁江山，尤其是*nm這種先進(jìn)制程工藝。而芯片行業(yè)也隨著(zhù)工藝難度的加深呈現貧富兩極分化的情況。
為什么*nm工藝制程這么難？
在討論*nm制程難度的時(shí)候，我們需要普及一個(gè)量子力學(xué)上的概念，這樣子可以有助于我們理解為什么低制程的成本急劇提升，那就是量子隧穿效應。
在量子力學(xué)里，量子隧穿效應指的是，像電子等微觀(guān)粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，盡管位勢壘的高度大于粒子的總能量。在經(jīng)典力學(xué)里，這是不可能發(fā)生的，但使用量子力學(xué)理論卻可以給出合理解釋。
如果通俗點(diǎn)來(lái)講，就是說(shuō)制程工藝到一定程度下，電路與電路之間的距離降低到一定程度就會(huì )出現量子隧穿效應，這些電子呈現的是一種我們所不知道的規律進(jìn)行運動(dòng)，于是這些不可控制的電子造成了半導體的漏電率急劇上升，有太多的能源被浪費在控制電子運動(dòng)上，自然不能發(fā)揮晶體管應該有的性能，宏觀(guān)上表現為處理器的發(fā)熱量增加，但是性能沒(méi)有太大的變化。
當然對于量子隧穿效應目前還沒(méi)有完全能夠消除的辦法，畢竟這個(gè)已經(jīng)屬于自然規律，即使是量子力學(xué)我們也沒(méi)有完全掌握，因此只能減少這種情況的發(fā)生。
這就意味著(zhù)制造材料需要進(jìn)行重新研發(fā)，而這種尖端技術(shù)的投入可能是無(wú)底洞，投資了一大筆錢(qián)，最后獲得的成果或許不盡如人意，沉沒(méi)成本實(shí)在太高，因此只有充足的資金才能夠投入到更新的工藝制程的研發(fā)中去。
而實(shí)現低距離制程的還有一個(gè)重要的因素，那就是被稱(chēng)之為現代光學(xué)工業(yè)之花的光刻機，*nm制程的實(shí)現離不開(kāi)高性能光刻機的運行，其中荷蘭的ASML幾乎壟斷了全球頂級光刻機的份額。
眾所周知，光刻機這種精密儀器制造成本高和制造時(shí)間漫長(cháng)，其中ASML最新的光刻機之一的NXT2000i光刻機單臺售價(jià)更是達到上億美元，而NXT2000i光刻機也是進(jìn)行*nm乃至于未來(lái)*nm制程的最佳利器，盡管光刻機售價(jià)高昂，但是追求者絡(luò )繹不絕。
除了臺積電之外，三星和Intel也砸巨資追求這臺性能出色的光刻機，在產(chǎn)量有限的情況下，其他的芯片工藝制造商即使擁有合適的工藝，沒(méi)有性能出色的光刻機，同樣不能進(jìn)行優(yōu)秀的代工。這也就是*nm制程芯片成本急劇提升，量產(chǎn)困難的另外一個(gè)原因。
除了臺積電，還有誰(shuí)？
當然不差錢(qián)的主除了臺積電之外，自然還有其他的半導體公司在追求*nm制程工藝，包括三星以及英特爾。和臺積電進(jìn)行純粹的代工不同的是，三星和英特爾都有自己的產(chǎn)業(yè)鏈，也就是說(shuō)自己就可以實(shí)現自給自足。當然這也是*nm時(shí)代能夠存活下來(lái)的一個(gè)重要因素。
而作為擁有完整IC設計的三星和英特爾自然擁有大量的芯片需求來(lái)滿(mǎn)足自己的芯片代工行業(yè)。即使沒(méi)有代工，他們同樣可以自主滿(mǎn)足*nm工藝制程的產(chǎn)能，而其他的芯片代工或許就沒(méi)這么幸運了。
例如格羅方德先進(jìn)制程制造公司，沒(méi)有了AMD最新的Zen 2以及Navi顯卡的訂單，自然推廣*nm制程的動(dòng)力就小了很多，沒(méi)有訂單也沒(méi)有利潤，導致沒(méi)有足夠的研發(fā)資金投入到先進(jìn)制程工藝的研發(fā)中去。
“馬太效應”逐漸顯現
馬太效應，指強者愈強、弱者愈弱的現象，廣泛應用于社會(huì )心理學(xué)、教育、金融以及科學(xué)領(lǐng)域。馬太效應，是社會(huì )學(xué)家和經(jīng)濟學(xué)家們常用的術(shù)語(yǔ)，反映的社會(huì )現象是兩極分化，富的更富，窮的更窮。
“馬太效應”同樣適用于*nm的芯片行業(yè)，在這個(gè)贏(yíng)者通吃的行業(yè)中，像臺積電憑借著(zhù)率先實(shí)現的*nm工藝獲得了大量的訂單，而AMD也已經(jīng)宣布未來(lái)的Zen 2和Navi顯卡將會(huì )讓臺積電進(jìn)行代工，海量的訂單滿(mǎn)足了臺積電的*nm胃口，自然可以分攤巨額研發(fā)費用，同時(shí)還能賺取大量的利潤進(jìn)行更進(jìn)一步的制程工藝中來(lái)，這種良性循環(huán)也讓臺積電的財報節節攀升。
