眾所周知，芯片工藝每進階1nm，投入就是幾何級增長，3nm、5nm工廠的建設(shè)資金大約是200億美元，1nm工藝的投資計劃高達320億美元，輕松超過2000億元，成本要比前面的工藝高多了。
不僅如此，1nm工廠的耗電量也會是個麻煩，相比3nm工廠年耗電量70億度的水平來說，1nm工廠不會少于80億度，甚至接近100億度。
這是什么概念?預(yù)計到了2028年，這個1nm工廠的耗電量就相當于全臺2.3%的用電量了，臺積電所有工廠將占到全臺15%以上，影響極大，對供電的要求很高。
近日，有媒體報道稱，臺積電1nm全球旗艦工廠將落地竹科龍?zhí)秷@區(qū)，目前該項目已經(jīng)啟動并進行項目審批，一切進展順利。如果審批順利通過，臺積電1nm全球旗艦工廠將于2026年中動工建廠，最早可以在2027年投產(chǎn)，2028年有望實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)悉，臺積電1nm工廠的建成將為桃園地區(qū)帶來上萬個就業(yè)機會，帶動和拉動桃園整個地方經(jīng)濟的發(fā)展。此前，臺積電此前表示3nm制程將于第4季度量產(chǎn)，并在明年提高營收約中個位數(shù)百分比(約4%至6%);升級版的N3E技術(shù)開發(fā)進度則較計劃提前，預(yù)計會在明年下半年量產(chǎn)。
臺積電美國新廠馬不停蹄地建設(shè)之際，其最頂尖1nm制程工廠也即將在臺灣動工。
據(jù)媒體報道，臺積電1nm制程工廠將落地于臺灣新竹科學(xué)園，目前已將計劃呈報，若一切順利，2026年中即可開展建廠作業(yè)。
早些時候，臺積電位于亞利桑那州的3nm工廠動工引發(fā)了對于芯片公司“告別臺灣”的擔(dān)憂。臺當局經(jīng)濟部門負責(zé)人王美花則駁斥了這一觀點，她表示3nm芯片的生產(chǎn)已經(jīng)在臺灣進行，更先進的2nm和1nm開發(fā)和生產(chǎn)也在按計劃進行。
對于此次臺積電1nm工廠的消息，業(yè)內(nèi)人士表示，如果工廠2026年中如期動土，那么最快將在2027年試產(chǎn)，2028年量產(chǎn)。屆時，臺積電海外廠區(qū)的最先進制程仍為3nm，最主要客戶的最新芯片仍然依賴于臺灣地區(qū)廠區(qū)。
不過，臺積電方面并未釋出官方的1nm量產(chǎn)時間表，臺積電董事長劉德音不久前出席會議時曾直言，已在思考1nm工廠的建址，也需考慮臺灣地區(qū)五年后的用電問題。
臺積電在先進工藝上的布局深遠，除了已經(jīng)量產(chǎn)的5nm、4nm之外，明年重點量產(chǎn)3nm，2nm工藝則會在2025年量產(chǎn)，1nm工藝也已經(jīng)開始選址工作，有望于2028年實現(xiàn)量產(chǎn)。但是，1nm芯片工廠的投資卻驚人的高，對比3nm、5nm工廠大約200億美元的建設(shè)資金，1nm工藝的投資計劃高達320億美元，輕松超過2000億元，成本要比前面的工藝高多了。
不僅如此，1nm工廠的耗電量也會是個麻煩，相比3nm工廠年耗電量70億度的水平來說，1nm工廠不會少于80億度，甚至接近100億度。預(yù)計到了2028年，這個1nm工廠的耗電量就相當于全臺2.3%的用電量了，臺積電所有工廠將占到全臺15%以上，對于供電提出了更高要求。
至于為什么耗電量這么大，一個重要原因就是1nm需要下代EUV光刻機，總功耗將達到2MW，也就是200萬瓦的水平。如果一天24小時運轉(zhuǎn)，那么下代光刻機每天就要消耗4.8萬度電，這個成本對芯片制造企業(yè)來說是非常高的，絕對的電老虎。
在2019年的Hotchips會議上，臺積電研發(fā)負責(zé)人、技術(shù)研究副總經(jīng)理黃漢森(Philip Wong)在演講中就談到過半導(dǎo)體工藝極限的問題，他認為到了2050年，晶體管來到氫原子尺度，即0.1nm。
關(guān)于未來的技術(shù)路線，黃漢森認為像碳納米管(1.2nm尺度)、二維層狀材料等可以將晶體管變得更快、更迷你;同時，相變內(nèi)存(PRAM)、旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移隨機存取內(nèi)存(STT-RAM)等會直接和處理器封裝在一起，縮小體積，加快數(shù)據(jù)傳遞速度;此外還有3D堆疊封裝技術(shù)。
對于硅基芯片來說，1nm可能會是這條路線的終點，但是對于人類芯片來說，1nm絕對不會是終點的。
首先、硅基芯片未來會面臨很大的發(fā)展限制。
一直以來芯片的材料都是以硅材料為主，但是隨著芯片工藝的不斷提升，傳統(tǒng)硅基芯片正在逐漸逼近極限，它的極限在哪里呢?那就是1nm。
而1納米之所以是硅基芯片的極限，這里面主要基于兩點考慮：
芯片的制造工藝就是將晶體管注入到硅基材料當中，晶體管越多性能越強，想要提升芯片的工藝，那就要提高單位芯片面積的晶體管數(shù)量。
但是隨著芯片工藝的不斷提升，單位硅基芯片能夠承載的晶體管已經(jīng)越來越飽和，畢竟硅原子的大小只有0.12nm，按照硅原子的這個大小來推算，一旦人類的芯片工藝達到一納米，基本上就放不下更多的晶體管了，所以傳統(tǒng)的硅脂芯片基本上已經(jīng)達到極限了，如果到了1nm之后還強制加入更多的晶體管，到時芯片的性能就會出現(xiàn)各種問題。
臺積電的芯片制造工藝全球領(lǐng)先，也因此被美國覬覦。在美國的邀請下，臺積電開啟了赴美建廠的歷程，將海外首座5nm工廠建在美國亞利桑那州。一旦工廠建成，就能更好地與客戶合作，輸出大量的芯片產(chǎn)能。
隨著工廠的推進，臺積電創(chuàng)始人張忠謀進一步確定會加蓋3nm工廠，臨近5nm工廠屬于二期工程。雖然還沒有確定二期工廠的開工時間，但也就是未來幾年的事了。
讓人沒想到的是，蘋果要求臺積電美國工廠提供4nm工藝，所以到時候臺積電也會將工廠工藝持續(xù)升級，滿足客戶多元化的芯片需求。
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