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TSMC的苦惱與破局

11/13 09:10
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一則消息牽動全市場的神經。

上周五,集微網一則《臺積電將暫停向中國大陸AI/GPU客戶供應所有7nm及更先進的芯片》的文章刷爆全網。

很顯然因為大家都懂的原因,TSMC終止了國內眾多AI/GPU公司的流片服務,同時此時也通知了BIS。

這個時候噴TSMC也好,噴美國也罷,沒有任何意義。

沒有實力的憤怒是蒼白無力的。

誰讓半導體大廈的地基是美國打下的?畢竟全世界第一個晶體管,第一塊集成電路都誕生于美國,在此基礎上誕生出來的龐大的半導體產業(yè)鏈以及核心技術都是美國先搞出來的。

這是歷史客觀事實,無力改變,所以美國它想耍流氓耍流氓,它想長臂管轄就長臂管轄,它以產業(yè)鏈為武器威脅你,也是真沒辦法。

TSMC也很無奈,明明大陸客戶就在眼前,但是這業(yè)務不給做就是不給做。

同理三星,緊接著幾天后的周一,三星也宣布同步美國政策和TSMC如出一轍,不給國內AI/GPU公司先進制程的代工服務。

很憤怒也很無奈,這個時候喊破喉嚨指責美國破壞自由貿易規(guī)則有用嗎?

毛用沒有。

這點倒是利好芯原,畢竟人家有一站式服務,中小型IC設計客戶只需要給產品定義,給產品規(guī)格,可以利用芯原的平臺資源,讓芯原幫你設計和流片。

畢竟現在小IC公司想要再去拿TSMC的先進工藝流片資源,可謂難上加難!

但是芯原提供的幫助也只能說杯水車薪,只能提供有限的幫助,對于其他廣大用戶呢?芯原也是愛莫能助。

整個產業(yè)鏈的互信基礎已經被切割破碎,還是那句話“自力更生,自主可控!”

事實已經存在再去談論已經沒有多大意思,無非如何去找破局點。

Cowos+HBM有用,但是只能解決一部分問題

又回到老生常談的問題上,既然7nm以下被卡脖子,那么使用先進封裝技術,利用多芯片堆疊的方案,是否能彌補這方面的損失?

答案是有用,但是有前提條件。

現在所謂的2.5D Cowos在內的各種先進封裝技術,本質上就是在特殊的封裝基板上把多顆芯片封裝到一起,并且連起來,這樣雖然單芯片不如用先進工藝做出來的大核SoC性能強大,但是可以用數量取勝啊。

邏輯上是通的,理論也是可行,但是實際上會遇到各種各樣的問題,畢竟異構芯片整合說來容易做起來難。

目前實際上更多的落地方案是GPU+HBM,所謂HBM就是高帶寬內存,因為CPU/GPU/AI芯片本質上還是馮諾依曼架構,處理器單元需要頻繁且來回的在內存和外存之間搬運數據,這就浪費了大量的時間和能耗,甚至數據搬運的能耗占了90%,只有10%的能耗才是真正投入計算之中。

HBM內存一定程度上通過增加帶寬,解決了系統(tǒng)瓶頸問題,提升了整個系統(tǒng)的效能,因此就有各位看到的,現在有一個算一個,所有的搞HPC,搞AI芯片的實際落地方案基本都是XPU+HBM!

確實是有提升的,且成本可控的,自然要用Cowos把它們兩整合到一起。

所以有人說Cowos是中國突破先進制程封鎖的殺手锏,也對,只是Cowos并不是萬能良藥,它是在有限的條件下,提供了解決問題的方案和思路。

所以二級經常去熱捧這些概念。

這里插一句,經常有人問我為什么會有所謂的2D,2.5D,3D封裝技術,這到底是怎么理解的?

上次在晶通直播的時候王總其實已經解釋了非常明白了。

我再給大家復習一遍。

如果只是在一塊substrate上平鋪芯片并互聯,那么就是2D,因為是在同一平面上的。

如果是兩顆芯片通過上下堆疊,那么也就是3D,因為是垂直方向上的堆疊互聯。

所謂的2.5D的定義,雖然芯片是在interposer上2D方向上平鋪,但是互聯數和密度非常接近3D,那么顯然此時再叫2D就不合適了,于是就有了2.5D封裝。

2.5D 就是這么來的。

它的互聯密度遠超普通2D,接近3D,但是卻又和傳統(tǒng)2D一樣是平鋪,因此定義2.5D。

過去Cowos的interposer是在硅上做的,叫TSV技術,現在還有在玻璃晶圓上做的,叫TGV技術。

玻璃晶圓對比傳統(tǒng)的PSPI材料+PP 玻璃纖維,確實有優(yōu)勢,比如應力承受,機械加工能力,以及加工線寬精度,壽命方面有很大的優(yōu)勢。

特別是功耗和噪聲增益方面性能,特別優(yōu)秀,所以這種技術在射頻與光電領域未來用途非常大!確實是解決行業(yè)痛點的好東西。

但是缺點也很明顯,目前玻璃晶圓上埋金屬線工藝很不成熟,各個大廠正處于積極摸索階段,目前業(yè)界雖然呼聲很高,但是實際上真正能落地的產品沒幾個,除了射頻和光電方面,想要用在大規(guī)模數字電路上還處于早期階段。

請記住,銅的擴散系數非常高,且不能被干法刻蝕,在玻璃晶圓上做銅互聯,需要類似集成電路前道工藝的手法才行。

因此我經常和別人說,現在的先進封裝技術為什么不再是傳統(tǒng)的封裝公司干的?而是類似TSMC,瓷磚廠,這樣的FAB大廠干的。

道理很簡單,技術上對于FAB們的水平而言,相對容易做到,傳統(tǒng)封裝廠就不容易了,得花大力氣進行技術改造和升級,這是有一定門檻的。

其次我們也可以從產業(yè)鏈角度去理解,包括Cowos在內的先進封裝是后道工藝的衍生,在FAB做完后繼續(xù)做,這樣效率,良率等最高,最方便。

這就是產業(yè)鏈邏輯。

從這里我們還能得到一個結論,現在產業(yè)界也在進行技術革新——后道封裝工藝前道化。

所以這里面會帶來很多設備材料的變化,比如鍵合設備,比如濕法刻蝕,比如干法去膠/去殘膠,電化學沉積等,至于光刻,刻蝕,這種就更不用提了。

這和過去的封裝技術用的設備是完全不同的。

畢竟線寬小了一個數量級,互聯密度提搞了一個數量級啊!

這里啟哥再談談我對技術革新中的光刻設備的理解。

因為現在GPU+HBM 平鋪后面積特別大,想要對整個面積做曝光工藝的時候,對光刻機也提出新的需求。

兄弟,能不能把光刻機的視場范圍做大一點?畢竟需要曝光的區(qū)域比傳統(tǒng)bulk cmos工藝區(qū)域可大太多了,如果曝光的視場大,這樣一次性就能曝光完成,省事,高效。

否則只能用步進方法(stepper),一小塊一小塊曝,效率慢不說了,這對套刻精確要求也太高了,很容易出錯,影響良率。

那能不能把鏡頭做大一點?很顯然這也違背了光學基礎原理,這么曝光大視場面積,這鏡片不知道變成什么龐然大物了,而且這么大鏡片表面加工也是個巨大難題。

實在不行就是多鏡頭同步曝光,但是這對各個鏡頭的同步性,一致性提出了巨大的要求。

辦法總比困難多,希望國產光刻設備公司能早日突破。

我們有新的辦法

最近我刷到一個視頻,是中芯趙博士的一個采訪,我覺得他講的特別有道理。

趙博士重點提到了TSMC在制裁情況下,國內如何在有限制程下給客戶提供最強最完整的AIOT領域解決方案,這個視頻值得大家好好學習。(視頻號:芯東西,標題:國內關鍵節(jié)點受限但我們有別的做法!)

自生成式AI爆火以來,越來越多的人開始接觸和使用所謂的云端AI,例如OpenAIChatGPT百度的文心一言等。這些AI工具雖然功能強大,但卻依賴于云端服務器,需要聯網才能使用。而隨著AI技術的普及,一種更加“接地氣”的技術應運而生——端側AI。與云端AI相比,端側AI可以將大模型以輕量化形式部署在本地設備上,即使在沒有網絡的情況下,也能夠實現AI功能,大幅提升設備的獨立性和使用效率。

因此趙博士他說GPU雖然受限,但是IoT行業(yè)帶Ai的升級版本的AIoT就是指傳統(tǒng)MPU里加NPU,用Ai給消費電子功能上賦能!

雖然說算力是遠不如NV的GPU的,但是對于中國對于瓷磚廠而言,反而是恰恰打到了市場的需求點上,可以說大有可為!

所以說從用戶端需求上來講,這也算一種另類突破。

最后的破局之路

說了這么多,我一直也在想這個問題,我曾經在長文里提到“國產芯片2.0時代”過兩個觀點:

一、無論是設計還是設備,還是材料耗材零部件,在解決容易解決的問題之后,我們向深水區(qū)進發(fā),去努力追趕更高端的國際一流水平;

二、是從資本市場的角度而言,中國半導體產業(yè)鏈需要一次大洗牌和重組,目前這些事真在資本市場發(fā)生;

那么再往后呢?

我做一個假設,假如包括ASML,TSMC,LAM,TEL公司有5%甚至10%的技術,設備,產業(yè)標準是中國制定的,美國會不會還能這么囂張?

你敢給ASML下禁令,那么我們也可以反制AMAT!

很可惜現在是不可能的。

那么未來有沒有一種可能,讓中國的技術成為整個半導體行業(yè)的標準呢?

畢竟國產替代也只是替代,替代只是追趕,那如何超越呢?

如果某家國內公司的產品就是全世界行業(yè)標準呢?那不就是超越了么!

這樣案例并不是沒有,中國國家電網技術也是其他很多國家電網的技術,于是大家看到很多國家的電網設備上是清一色的中文!

原因就是因為電網技術,比如特高壓國產的太牛了,所有人都用,那么中國的電網標準就變成了全世界通行的行業(yè)標準。

這件事能不能在芯片半導體行業(yè)發(fā)生?

前文提到的AIOT,國內就有做的非常好的案例,產品席卷全市場,不光是打遍國內無敵手,連國外高通,MTK等大廠來了也得俯首稱臣!

RK,加油!你家的文本是真好用,學生們都說好!

我們在GPU賽道上卷不過NV,不代表AIOT賽道上干不過高通??!

AIOT也和GPU,EDA一樣講究的是生態(tài),講究的是用戶習慣!一旦用戶習慣培養(yǎng)起來,生態(tài)建立起來了,根本就離不開了。

比如大疆,隨便玩,連老美自己都用還不是乖乖買單,這個所謂的禁令就是笑話!

我們回歸技術。

SoC大核芯片里,最大的問題集聚增多的晶體管之后,功耗和散熱成了大問題!

這其中就是一大半是信號+供能帶來的能耗,誰?金屬互聯。

所以英特爾想了半天,整出來一個叫PowerVIA的東西,把供電和信號分開!一部分供電從背面走線,不再承擔信號傳遞的任務,這樣做確實能稍微降低一些功耗大概就10%左右吧,當然了TSMC和SS也有類似的解決方案,背面埋線進去!

所以說從未來技術角度來看,能不能用光電互聯結構替代硅晶體管的金屬互聯結構,因為光子速度極快,且傳輸過程中沒有功耗,不會有額外的發(fā)熱,因此是非常理想取代金屬互聯層材料的方案。畢竟目前的芯片中,大約有一半的功耗是在金屬互聯層上,如果用光傳輸信號,確實能解決這個問題,能極大降低芯片功耗,包括英特爾,英偉達,臺積電之流早就開始押注這個賽道了。

當然這只是一部分,還有更高一層的夢想,就是用光子來替代硅晶體管進行0/1運算,這個有點類似量子計算,但是這個更早期,屬于最前沿的科研項目。

但是如果按我的想法,?傳統(tǒng)集成電路工藝拼不過,何不在這上面下下功夫,看看能不能開拓出新天地?

當然技術從發(fā)明到落地,到商業(yè)化是個漫長的過程不可能一步完成,我們需要持續(xù)的投入和積累,才能最終超越所有人,讓國產技術和產品成為行業(yè)標準!

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