台積電，英特爾，三星未來晶片的新製程路線圖對照表

最近又看到幾篇在討論英特爾和台積電的製程時間，有許多份寫得不差，但過於深入，我想撿其中重要的說。再加上之前英特爾（美股代碼：INTC），三星（美股代碼：SSNLF），和台積電（美股代碼：TSM）這三家公司公佈過的公開資料，為有興趣的投資人整理一下，寫成您看到的這篇短文。關於英特爾的進展，所有的人都很關心，這裡有英特爾的官方正式文件可參考。

未來晶片的新製程時間對比表

	2018	2019	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2027
台積電	7奈米		5奈米，6奈米	4奈米	3奈米 (FinFET)	3奈米+ (FinFET)	2奈米 (GAA) 試產	2奈米 (GAA)	1奈米 (GAA)
三星	8奈米		5奈米 ， 4奈米		3奈米 (GAE)	3奈米+ (GAA)		2奈米 (GAA)	1.4奈米
英特爾		Intel 10		Intel 7	Intel 4(2022下半年), Intel 18A試產	Intel 3(2023下半年)	Intel 20A (2024年初), Intel 18A (2024下半年)

英特爾

請注意以下幾點：

• 英特爾新任執行長基辛格今年上任後，推出了重返晶片代⼯的IDM 2.0計劃，又改了製程的命名規則。因為以前它的命名方式容易令人誤解（請參考下面的「電晶體密度比較」那個小節的表格比較表，您就暸解為什麼了），例如：
  • 在此之前
    • 英特爾的10奈米實際上等於台積電和三星的7奈米
    • 英特爾的7奈米實際上等於台積電和三星的5奈米
  • 現在的
    • Intel 7也就是英特爾的4奈米，採用Enhanced SuperFin
    • Intel 4也就是英特爾的3奈米（採用GAE）
    • Intel 3也就是英特爾的3奈米改良版（採用GAA）
    • Intel 20A也就是英特爾的2奈米；其中的A表示埃，10埃等於1奈米 。
    • Intel 18A也就是英特爾的2奈米+（2奈米加強版）
• 其中Intel 4會在2023年上半年量產，Intel 3則會在2023年下半年量產。
  • 英特爾在4/24/2022公開宣布把未來所有先進製程計劃都提前，稱：
    • 2022年下半推出4奈米
  • 2023年推出3奈米
    • 2024年初就能生產20A（2奈米）
    • 2024年下半推18A（1.8奈米）

三星

三星的3奈米時間：

• 三星的3奈米的第一個初步版本已研發成功，並已經在2022年6月底正式宣布進行商業量產。
• 但3奈米改良版（表中三星的3奈米+）正式大量商業化量產時程，根據三星的官方說法，現在已經被延至2023年，也就是落後台積電一年；這將使三星的晶元代工業務受創嚴重，不利其和台積電和英特爾在未來先進製程上的競爭。

台積電

雖然之前一再被傳出碰到技術上的問題和良率上的困擾，但台積電的3奈米的商業化量產時間已經被台積電官方再度確認是2022年下半年。

為什麼這個表很重要？

對比上面的三家廠商製程路線的時程表格：

• 英特爾在2021年已經量產Intel 7，相當於台積電的7奈米，⽽台積電早就在2018年量產了，⼤致落後三年。
• 2023年上半Intel 4將要量產，相當於台積電的4奈米，⽽台積電早就在2020年量產了，落後兩年半左右。
• 到2023年，英特爾規劃量產Intel 3，相當於台積電的3奈米，⽽台積電則是在2022年量產了它的3奈米，此時英特爾⼤概落後⼀年。
• ⽽到了2奈米的階段，英特爾計劃在2024年，也就是提前一年追上台積電的2奈米製程時程。這也意味著⼀年更新⼀代製程上的⼯藝，這是非常有難度的，台積電⼀般是兩年提升⼀代⼯藝，英特爾在良率⽅⾯仍有改進的空間，或仍有可能延誤。而且按過往英特爾在製程上的一再落後的習性，業界普遍不相信英特爾有能力辦到。

我之前在我先前的《英特爾目前艱難的困境》一文中強調過以下兩點：

• 英特爾和台積電至少有兩個半導體製程世代的差距，「即使最佳，一切最順利的情況」，沒有4到5年也不可能達成。
• 「先把先前落後台積電兩個世代的製程差距補起來，其它都是多談。」

注意：毫無意外！ 在我發表完 我之前在我先前的《英特爾目前艱難的困境》一文中強調過以下兩點： 這篇文章後；2021 年 12 月 10 日。英特爾的執行長格爾辛格（Gelsinger）認為公司扭虧為盈至少需要五年時間，和我的看法所估計是一樣的（這也不是什麼秘密，產業界的內行人或華爾街較資深的半導體分析師也都這麼看）。

GAA電晶體技術導入

GAA（Gate All Around）是下一代的晶片製程的核心技術，大致而言，台積電是三家中最晚導入的，在2奈米才導入。以下就是三家廠商導入GAA的時程，以及導入的節點的對照表：

電晶體密度比較

整體比較

到2021年底為止，以各家公司已公佈的數據為主。以下表格來自WikiChip，數值的單位為百萬個電晶體/平方公尺。

製程	IBM	台積電	英特爾	三星
22奈米			16.50
16奈米/14奈米		28.88	44.67	33.32
10奈米		53	106	52
7奈米		97	180	95
5奈米		173	300	127
3奈米		290	520	170
2奈米（20A）	333.33	490

英特爾

我們在前面「未來晶片的新製程時程對比表」那個小節曾說過英特爾以前的命名方式容易令人誤解，原因用這個表格比較表來解釋您就會暸解了：

• 英特爾16奈米/14奈米的電晶體是44.67，約略等於台積電10奈米的52.51
• 英特爾10奈米的電晶體是100.76，約略等於台積電7奈米的91.20
• 英特爾7奈米的電晶體是237.18，約略等於台積電5/4奈米的171.30

讀者現在知道為什麼7-8年前開始，眼看著自己的晶片製程推進速度一直遭台積電和三星超越，而找出一番在當時和技術上確實言之成理的說詞「我們英特爾的16奈米/14奈米等於台積電的10奈米」，又過了三四年，說法又變成「我們英特爾的10奈米等於台積電的7奈米」，所以並沒有落後！請注意此時事實上約落後台積電1-1.5個世代。

但當英特爾的這套陳腔濫調在10年後的現在又被搬出來時，投資人受夠了。因為已經落後不只一代了，是落後2-2.5代了（晶片製程一代約差2-3年），再怎麼圓都說不過去了。

但大家要特別注意的是：市場上對英特爾的時程和良率多會先抱持懷疑的看法，原因是英特爾先前的記錄實在不佳───英特爾的14奈米製程由宣布成功試產到真正客戶能在市場上買到，前後被延遲了7年 (2014–2020)，這才是英特爾現在最大的問題！

三星

三星的部份呢？三星的3奈米雖已研發成功並進行過小部份的商業試產成功。但從晶體管密度、功耗等關鍵指標看，三星的3奈米實際上與台積電的4奈米及英特爾的Intel 4（原英特爾7奈米）製程相當。

2奈米以下呢？

技術挑戰

比利時微電子研究中心（IMEC）表示摩爾定律不會終結，但要很多方面共同貢獻。IMEC已經提出1奈米以下至2埃米半導體製程技術和晶片設計路徑，延續摩爾定律。

這些努力包括：

• 整體架構：FinFET器件，插板，原子通道器件
• 新材料：使用鎢或鉬新材料，為 1 奈米（A10）製程和 4埃米製程、2 埃米製程結構製造相當於幾個原子長度的柵極。
• 新一代的EUV極紫外線曝光機：艾司摩爾新一代的High-NA EUV曝光機導入，目前客戶正在安裝High-NA EUV曝光機原型設備，預計2024年會投入商用。相信曝光工具將把摩爾定律擴展到 1 奈米節點以下。
• GAA架構：從2奈米開始，奈米片堆疊而成的GAA架構是最有可能的概念。IMEC開發的Forksheet架構，可將柵極擴展到超過1奈米製程。

其中的關鍵艾司摩爾新一代的EUV極紫外線曝光機，關於這家公司，建議您可以參考我的另一篇部落格文章《真正掐住台積電脖子的企業艾司摩爾（ASML）》的說明。

主要廠商的動作

目前1奈米以下的製程都尚在「很初期的階段」，屬於研究和探索的時期。請參考以下的整理：

廠商	合作單位	主要動態和進展
台積電	麻省理工	2022年6 月將原3奈米製程的研發團隊轉為1.4奈米的研發團隊。 2021年5用宣佈以鉍⾦屬特性突破1奈米製程極限，下探⾄1奈米以下。
三星	IBM	IEDM 2021活動時，IBM與三星共同發表「垂直傳輸場效應電晶體」(V TFET) 晶片設計。將電晶體以垂直⽅式堆疊，並讓電流也垂直流通，使電晶體數量密度再次提⾼，更⼤幅提⾼電源使⽤效率，並突破 1 奈米製程的瓶頸。
英特爾		2024下半年準備量產1.8奈米製程

良率的比較呢？

我在部落格另外寫了一篇關於先進製程和這三家良率的文章，請各位參考《台積電，三星，英特爾良率和先進製程的比較》這篇文章。

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