歐洲發(fā)起2nm反擊 為未來(lái)10年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出新目標(biāo)

歐盟委員會(huì)正式發(fā)布《2030 數(shù)字指南針(2030 Digital Compass)》規(guī)劃書(shū)，為未來(lái) 10 年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了最新目標(biāo)。

這份長(zhǎng)達(dá) 27 頁(yè)的文件中明確寫(xiě)道：

截止到 2030 年，歐洲先進(jìn)和可持續(xù)半導(dǎo)體的生產(chǎn)總值將至少占全球生產(chǎn)總值的 20%，攻克 2nm 工藝，能效至少翻 10 倍。

歐盟對(duì) 2nm 工藝的野心早已不是第一次顯露。此前已有媒體報(bào)道 ，歐盟欲聯(lián)合 19 個(gè)歐洲國(guó)家打造超級(jí)晶圓代工廠(chǎng)，研發(fā) 2nm 先進(jìn)制程。

此次規(guī)劃書(shū)的出臺(tái)，無(wú)疑是在加速啟動(dòng) 2nm 計(jì)劃。歐盟在文件中表示，提出這一目標(biāo)是為了減少歐洲對(duì)非歐盟關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，以及少數(shù)大型科技公司的依賴(lài)，以確保 “數(shù)字主權(quán)”。

歐盟 “芯片工藝”陷入困境

芯片制程經(jīng)歷將近 70 多年的發(fā)展，在摩爾定律的規(guī)律下，已經(jīng)從最初的微米級(jí)發(fā)展到納米級(jí)。如果將 28nm 作為先進(jìn)制程的分界點(diǎn)，那么我們已經(jīng)引來(lái)了先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)的世界，國(guó)際領(lǐng)先的代工廠(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從 14nm 延伸到 7nm、5nm。

本網(wǎng)此前報(bào)道，全球最大的芯片廠(chǎng)商臺(tái)積電、三星均已實(shí)現(xiàn) 7nm、5nm 量產(chǎn)，高通驍龍 888、蘋(píng)果 A14 等手機(jī)芯片均已用上 5nm 芯片。擁有自己代工廠(chǎng)的英特爾經(jīng)歷了 10nm 延期后，正努力攻克 7nm，而歐洲最大的晶圓代工廠(chǎng) GF(GlobalFoundries，格羅方德)，還主要停留在 14nm 工藝。

此前 GF 也有意向 7nm 進(jìn)軍，曾宣布將在 2020 年第四季度推出 7nm 工藝首批芯片，但囿于無(wú)法解決芯片燒錢(qián)的難題，不得已宣布放棄這一計(jì)劃。而芯片先進(jìn)制程的投入與產(chǎn)出不成正比也正是整個(gè)歐洲芯片市場(chǎng)普遍面臨的難題。

GF 與三星、臺(tái)積電并稱(chēng)為全球晶圓代工廠(chǎng)中擁有尖端工藝的三駕馬車(chē)，但從先進(jìn)制程的進(jìn)度來(lái)看，以 GF 為代表的歐洲市場(chǎng)已經(jīng)被遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。

此外，不僅僅是落后于臺(tái)積電與三星，相比于大陸晶圓代工廠(chǎng)，歐洲市場(chǎng)也稍遜一籌。最新消息顯示，中國(guó)大陸晶圓代工廠(chǎng)中芯國(guó)際在 14nm 制程工藝的產(chǎn)品良率上已追平臺(tái)積電同等工藝，水準(zhǔn)達(dá)約 90%-95%。且各制程產(chǎn)能滿(mǎn)載，部分成熟工藝訂單已排至 2022 年。

在競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，歐盟加大力度提升芯片制程似乎已是迫在眉睫之事。

值得注意的是，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，當(dāng)下的歐洲還面臨著缺少大型晶圓代工廠(chǎng)的窘境。如臺(tái)積電、三星、SK 海士力、英特爾等著名廠(chǎng)商所屬晶圓廠(chǎng)沒(méi)有一家位于歐洲。

另外，其本土的半導(dǎo)體廠(chǎng)商，作為全球十大半導(dǎo)體廠(chǎng)商之一的恩智浦半導(dǎo)體 (NXP Semiconductors)、英飛凌科技 (Infineon Technologies)，其大部分生產(chǎn)已經(jīng)被外包出去。

據(jù)了解，歐洲目前有三家本土芯片制造商，采用的都是輕晶圓廠(chǎng)(Fab Lite)和小批量生產(chǎn)的模式。

押注 2nm，扭轉(zhuǎn)芯片產(chǎn)業(yè)局勢(shì)

近 20 年來(lái)，歐洲曾多次嘗試提升芯片制造能力，但效果并不理想。

據(jù)了解，80 年代中期，歐盟曾支持恩智浦和英飛凌實(shí)現(xiàn)制程工藝跨世代，但后因結(jié)果未達(dá)到預(yù)期選擇了外包模式。

2012 年，歐盟負(fù)責(zé)數(shù)字議程的委員 Neelie Kroes 曾提出 “芯片空中客車(chē)(Airbus of chips)”議程，欲耗資 100 億歐元，聯(lián)合企業(yè)、地區(qū)和歐洲利益聯(lián)合打造最新先進(jìn)的晶圓代工廠(chǎng)。然而，各大芯片制造商卻對(duì)此表示毫無(wú)興趣。

直到 2020 年，隨著全球芯片供應(yīng)鏈出現(xiàn)中斷，芯片荒加劇，歐盟各國(guó)不得不加大對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持力度，以擺脫美國(guó)和亞洲廠(chǎng)商的依賴(lài)，提升自主研發(fā)和生產(chǎn)的能力。

據(jù)悉，2020 年 12 月，歐盟已聯(lián)合荷蘭、法國(guó)、芬蘭等 19 個(gè)歐洲國(guó)家共同簽署了一份《歐洲處理器和半導(dǎo)體科技計(jì)劃聯(lián)合聲明》，并首次宣稱(chēng)將著力攻克 2nm 工藝。

聲明中顯示，歐盟計(jì)劃斥資 500 億歐元打造一座先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠(chǎng)，以生產(chǎn) 10nm 制程以下的半導(dǎo)體。截止目前，該聯(lián)盟的投資總額已超過(guò)了 11000 億元。

近日，歐盟正式出臺(tái)《2030 數(shù)字指南針：數(shù)字十年的歐洲方式(2030 Digital Compass: the European way for the Digital Decade)》，旨在推動(dòng)將其數(shù)字目標(biāo)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。

在規(guī)劃書(shū)中，歐盟明確指出芯片對(duì)于聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、邊緣計(jì)算和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域至關(guān)重要。

攻克 2nm 工藝前路幾何?

歐盟各國(guó)報(bào)團(tuán)取暖，聯(lián)和助力芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展，多少有些勢(shì)在必得之勢(shì)。那么十年之后，歐盟是否真的能夠攻克 2nm 技術(shù)，并且實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。這一點(diǎn)我們可以從 5nm 工藝上窺見(jiàn)一二。

自臺(tái)積電實(shí)現(xiàn) 5nm 量產(chǎn)之后，各家手機(jī)芯片廠(chǎng)商就開(kāi)始了激烈的 5nm 芯片角逐，蘋(píng)果、華為、高通、三星相繼推出旗艦級(jí) 5nm 移動(dòng)處理器，并宣稱(chēng)無(wú)論是在性能上還是在功耗上都有著優(yōu)秀的表現(xiàn)。

但事實(shí)上，這幾款 5nm 手機(jī)芯片的表現(xiàn)并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，并遭遇了一場(chǎng)集體 “翻車(chē)”。

不少數(shù)碼評(píng)測(cè)博主指出，首發(fā)驍龍 888 的小米 11 性能提升有限，功耗直接上升，其原因在于三星代工的 5nm 工藝制程不成熟。

本網(wǎng)了解到，對(duì)于此類(lèi)現(xiàn)象，Moortec 首席技術(shù)官 Oliver King 曾表示：“當(dāng)我們從 7nm 升級(jí)到 5nm 時(shí)，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 28nm 水平相同，我們不得不去平衡他們。”

因此，行業(yè)內(nèi)將低功耗設(shè)計(jì)視為芯片行業(yè)需要解決的問(wèn)題之一。而不成熟的設(shè)計(jì)與制造會(huì)影響性能與功耗的最大化折中，因此如何平衡先進(jìn)節(jié)點(diǎn)下芯片的性能、功耗與面積(PPA)，也是芯片設(shè)計(jì)與制造的挑戰(zhàn)。

更尷尬的是，無(wú)論是芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)商還是芯片制造廠(chǎng)商，想要達(dá)到 5nm、2nm 等先進(jìn)制程，除了需要打破技術(shù)上的瓶頸，還需要有巨大的資本作為支撐，熬過(guò)研發(fā)周期和測(cè)試周期，才可能看見(jiàn)收益。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) International Business Strategies (IBS)給出的數(shù)據(jù)顯示，65nm 工藝時(shí)的設(shè)計(jì)成本只需要 0.24 億美元，到了 28nm 工藝時(shí)需要 0.629 億美元，7nm 和 5nm 成本急速增長(zhǎng)，5nm 設(shè)計(jì)成本達(dá)到 4.76 億美元。

如前所述，GF 晶圓代工廠(chǎng)便是出于經(jīng)濟(jì)考慮，于 2018 年宣布擱置 7nm 項(xiàng)目，將資源回歸 12nm/14nm 上。此外，就連實(shí)力強(qiáng)大的英特爾也在 10nm、7nm 的研發(fā)過(guò)程中多次受阻。

最后從時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)前的芯片巨頭臺(tái)積電，從傳統(tǒng)工藝 28nm 量產(chǎn)，最先進(jìn)的 5nm 制程量產(chǎn)，用了整整 10 年的時(shí)間，中間跨越了 14nm、12nm、10nm、7nm。其中從 7nm 到 5nm 的過(guò)渡用了 3 年。

因此，以上從技術(shù)工藝、經(jīng)濟(jì)因素以及研發(fā)周期來(lái)看，歐盟能否攻克 2nm 技術(shù)尚為可知，但這條路必然阻礙重重。此外，從目前的全球產(chǎn)業(yè)局勢(shì)，以及其自身的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，歐盟也只能選擇迎難而上。

中國(guó)制造新選擇

毋庸置疑，歐盟的新十年目標(biāo)旨在打破美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的壟斷地位，實(shí)現(xiàn)芯片自產(chǎn)可控。

而從更大范圍來(lái)講，歐盟晶圓代工廠(chǎng)若能夠在 2030 年實(shí)現(xiàn) 2nm 工藝，并拿下全球 20% 的芯片產(chǎn)能，這對(duì)全球半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)好消息，尤其是中國(guó)企業(yè)。

在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，美國(guó)占據(jù)了接近 50% 的市場(chǎng)份額，大部分晶圓代工廠(chǎng)的先進(jìn)技術(shù)都與美企有關(guān)。然而自去年開(kāi)始，美國(guó)商務(wù)部針對(duì)中國(guó)下達(dá)多項(xiàng)芯片禁令，限制其相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)的交易。

如我們所見(jiàn)，在禁令的影響下，我國(guó)與芯片相關(guān)的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)均受到了不同程度的影響，其中影響最為顯著的是手機(jī)行業(yè)。如自臺(tái)積電斷供華為后，華為不得不出售了榮耀手機(jī)業(yè)務(wù);小米高管近日在個(gè)人微博上表示：今年的芯片，極缺。

其次就是汽車(chē)制造行業(yè)，受全球芯片短缺影響，大部分車(chē)企或降低產(chǎn)能或停工停產(chǎn)。以上，究其原因主要是由美國(guó)芯片禁令引起全球供應(yīng)鏈?zhǔn)д{(diào)所致。

我國(guó)是芯片進(jìn)出口大國(guó)，每年的交易金額超過(guò)了 3000 億美元。如果歐盟在 10nm 以下制程不斷取得新突破，甚至最終拿下 2nm 制程，這對(duì)于國(guó)內(nèi)眾多芯片需求商來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)新選擇，也是一個(gè)更好的選擇。

當(dāng)然，想要從根本上解決芯片卡脖子的問(wèn)題，還要著眼自身，提高 “造血”能力。

關(guān)鍵詞： 歐洲 2nm 半導(dǎo)體