当局政策限制多年，台积电终于在松绑之后迈出关键一步，确定投资30亿美元在南京设立当今主流的12寸晶圆厂与IC设计服务中心。
 
虽然是需要“投审会”核准，但工商时报称几乎就是走流程的形式而已。
 
据悉，该工厂由台积电独资，规划月产能2万片，预计2018年下半年开始生产16nm。
 
尽管这是一件利好，但仔细分析可以知道，2018年的时候，台积电的10nm就已经量产1年多，7nm也交付客户，大陆事实仍落后台湾两个世代。
 
台湾经济日报今日通过问答对外披露，2万片的产能是2015年台积电全部的2.5%。
 
对于当地人担心核心机密泄露，台积电回复，首先“独资”的形式就是一种保护，另外台湾最先进的制程、最重要的生产与研发基地仍在台湾，未流入大陆，这也印证了我们的上述分析。
对于差距我们必须承认，中芯国际、华力微的28nm刚刚成熟，与台积电/三星等国际巨头的差距仍有3-4年。
 
按照规划，半导体大基金希望在2020年的时候实现16/14纳米自主制造工艺的规模量产。
 

 
 
台积电有哪些先进工艺？
 
TSMC的先进制程近年来仅落后Intel，但领先IBM联盟的Samsung LSI和GlobalFoundries。Intel早在22nm制程技术，就开始使用3D Tri-gate transistors，14nm Tri-gate也在2014就量产。TSMC和Samsung都是到14/16nm才导入3D FinFET transistors，并且到2015年才量产。
 
Samsung LSI这两年靠Apple AP大订单练兵，在32/28nm制程逐渐赶上TSMC，当时TSMC继28nm取得技术和市场的主导地位后，接下来发展的20nm，更几乎是垄断地位，Samsung LSI自认20nm已经来不及，加上判断20nm还是用2D planar transistors，performance/cost不会很好，制程技术生命週期不长，22/20nm仅有研发和自制in-house AP，数量不多，没有外接foundry订单，而把主力直攻14nm FinFET，原本外界质疑没有经过22/20nm的大量产经验，直接发展14nm本来就很困难，又采用新的3D FinFET transistors，应该不会很顺利，没想到Samsung真的做到了，首度在14nm FinFET制程领先TSMC于1Q15量产，率先生产自家Exynox AP，接着生产Apple A9和Qualcomm Snapdragon 820，使得TSMC公开承认2015年14/16nm制程foundry市场市佔率将首度落后竞争对手。
 
TSMC 20nm（20SoC）经验和良率持续进步，在2015全年扮演重要的业绩贡献角色，但2016年因为主要的20nm业务将转进到16nm，20nm将衰煺，虽然不会消失，仍将是一个长期生存的制程技术（long-lived node），只是因为部分需求转移到16nm，TSMC的部分20nm制程设备也将转为用于16nm FinFET制程产品。
 
TSMC的16nm FinFET+（16FF+）制程，策略上是将16nm视为20nm的延伸，使用和20nm相同的“metal backend process”，虽然scaling等规格上比不上Samsung的14nm，制作的芯片die size较大，但因为是延续20nm技术，不仅可以充分利用20nm的量产经验缩短学习曲线，而且90%以上的设备可以共用。TSMC的16nm FinFET+制程产品已经于2Q15正式量产，7月开始小量出货，3Q15逐渐增大的投产量，将于4Q15大量出货贡献营收，研判 4Q15时16nm FinFET+的良率应可大幅拉升。新产品（Apple iPhone 6S/6S+用的A9 AP）量产动能可持续到1H16。TSMC预测2016年全年的16nm制程营收，将比2015年的20nm营收，还要大很多，并将于2016年重新取得主要地位的市佔率（14/16nm）。至于20nm TSMC仍是唯一大量产的foundry。如果用16nm+20nm一起看，无论是2015或2016年，TSMC都是最大的主要供应商。
 
TSMC正在开发新版16nm FinFET C（16FFC）制程，C的意思是compact， 在performance、power（降低漏电）和area（die size）都比16nm FinFET+改进，并能在0.6V以下执行，透过制程简化让cycle time缩短。即使性能大幅改进，原先基于16FF+制程的芯片设计，还是可以很容易的转换成16FFC制程，16FFC的市场定位为mainstream和ultra low power，意味在performance的改进，没有power和cost那么多。
 
10nm制程于end-2016三强对决
 
面对Samsung LSI在先进制程技术上步步进逼，TSMC为重新取回在foundry产业的制程领先地位，一改以往研发单位一个制程（technology node）完成，移交给制造部门，再开发下一个制程的流程，直接用两个团队平行研发，同时开发10nm和7nm制程，而不是等10nm做好再做7nm。这也是TSMC宣称，从16nm到10nm要花将近两年，但是从10nm到7nm预计只要花5季。目前进度，10nm预计end-2016量产，early-2017 wafer out。
 
TSMC研发中的10nm制程技术，和16nm FinFET+ 比较，在同样耗电之下，10nm制造的芯片产品速度快20%，在同样速度之下，耗电少40%，gate density则是16nm FinFET+ 的2.1X。预计4Q15将验证制程技术（technology qualification），1Q16~2Q16客户产品tape out，Late-4Q16量产（或Early-1Q17初）、1Q17出货。
 
虽然目前TSMC、Samsung LSI和Intel三家厂商的10nm都预计在end-2016量产，但Intel可能于10nm导入新的all-around gate，TSMC和Samsung LSI还是用3D FinFET，如果三家公司都没有延误，顺利在end-2016量产10nm的话，Intel的技术还是领先一步。
 
10nm产业界看来，会是一很大的制程世代（technology node），无论是生命週期，或产品数量，都会是一个重要的世代，因为
 

1. 从技术发展看，10nm的cost和performance的进步，比22/20nm到14/16nm更大。
2. 从28nm以来，cost per transistor首度于10nm开始下降。

 
LAM Research预测到end-2018，foundry产业的10nm产能会成长到140~150K/m。可以想见，10nm将会是一个非常重要的战争，也会是TSMC和Samsung LSI的第一次“正面”、“同时”、“基础接近”的一次大对决，因为：
 

1. 45nm到32/28nm，Samsung LSI和Apple互利的结合，TSMC没有真正加入竞争，20nm TSMC一出手就全拿Apple AP订单，但Samsung放弃22/20nm（只有作自家产品）直接跳到14nm又打败TSMC 16nm（至少在时间上），这几个世代，比较像是商业策略运用，不像正面对决。
2.  首度，TSMC和Samsung LSI在下一代10nm制程技术，量产时间类似（end-2016），技术方向也类似，让客户可以好好比较，不像以前，Samsung LSI主力用45nm时TSMC用40nm half node，Samsung量产32nm时TSMC用28nm half node（TSMC的32nm只有研发没有量产），Samsung LSI的14nm和TSMC的16nm规格也有差异，不好比较。还有HKMG或SiO2、gate last或gate first之差异，让客户有长远技术走向的不同考量。到了10nm制程世代，则是直接硬碰硬的竞争（1）cost、（2）performance、（3）power（漏电）、（4）yield。

 
TSMC 7nm制程的技术抉择
 
TSMC的7nm制程技术重点，是选择FinFET下一代新的电晶体结构、以及在不使用EUV曝光之下，如何让浸润式微影多重曝光可以顺利推进到7nm。相对以前是一个制程接着一个制程的研发，这次TSMC在研发10nm新制程的同时，也同步启动研发下一代的7nm制程技术，预计1Q17进行制程验证，7nm将高度相容于10nm的技术成果和制程设备，90%的10nm设备可以继续用在7nm。并可以利用10nm学习到的制程能力，快速提升良率。TSMC的7nm将不会大量使用EUV设备，但EUV会从7nm开始小量投入研发生产，而大量使用在5nm制程。TSMC的7nm因为技术还没有确定，还不知道performance、pwoer、density相对10nm的进步程度。TSMC认为相对于10nm是一个相对比较短node，而7nm和16nm一样，属于生命週期比较长的technology node。
 
InFO技术让TSMC取得100% A10订单，长期将改变封装产业生态
 
TSMC的晶圆级封装（Wafer Level Package; WLP）技术原本发展的是CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）技术，因良率和材料成本太贵，只有用在少数高阶GPU和FPGA产品，其后发展的以业界Fan-Out封装技术为基础的InFO（Integrated Fan-Out）技术，在成本和良率上，则取得了重大成功，和Flip Chip BGA/CSP比较，InFO优点如下：
 

1. 可用在高pin count的复杂芯片。
2.  用封胶面板（Molding Panel）或称为重构晶圆（Reconstituted Wafer）取代传统Flip Chip使用的载板（substrate），成本便宜，而且
3. 厚度减少超过20%。
4. 提高芯片performance 20%。
5. 散热效果多10%

 
TSMC似乎已经克服了InFO各种困难的良率问题，为先进AP提供一个更薄的form factor、更便宜、良好可靠度的晶圆级封装技术方案。目前看起来TSMC的InFO技术已经开发完成，并通过Apple的验证，正在龙潭封装厂积极建置产能中，第一代InFO预计2Q16量产，应该会配合16nm Apple A10订单量产，预计4Q16可贡献US$100M营收。虽然营收贡献比例不高，但可成为10nm竞争Apple A10 AP的加分因素，甚至因为TSMC InFO和Samsung LSI的类似封装技术完全不同，用同样的die做出来的芯片（chip）form factor不同，除非在手机内预留空间，否则A10芯片将无法分给两家不同的封装技术来生产，但既然用InFO目的就是将芯片减薄，在机构设计上当然会充分利用减薄后的空间，将无法使用Samsung LSI生产的不同厚度的芯片，因此也就无法像A9一样分给TSMC和Samsung LSI两家共同生产。因为InFO技术，Apple A10可能从两家供应商，又改回选择TSMC成为独家供应商，果真发生的话，InFO带来效益则非常大，不只是封装本身US$100M营收而以，还让TSMC变成A10独家供应商。
 
如果2016年Apple使用TSMC InFO成功，2017年之后，其他客户如Qualcomm和MTK势必跟进，InFO产能需求大增，客户也会要求有second source，研判TSMC不排除将InFO技术授权给专业封装厂使用，毕竟TSMC的核心业务是晶圆制造，不是封装。长期看，对IC Substrate产业影响很大，尤其是做手机用的Flip Chip CSP厂商，其次是Flip Chip BGA厂商，封装厂多有发展自己的晶圆级封装技术，或可取得InFO授权，影响比较小。2016年马上受影响的是Apple的AP载板供应商Ibiden和SEMCO。
 
TSMC正在开发第二代InFO技术，将配合10nm和7nm制程技术的进度量产。
 
TSMC靠新版28nm HPC+维持28nm制程高市佔率
 
TSMC目前几个主要制程，依特性概分如下：
 

• High performance： 28HP、28HPM、20SoC、16FF+
• Mainstream： 28LP、28HPC、28HPC+、16FFC
• Ultra low power： 55ULP、40ULP、28ULP、16FFC

 
（16FFC同时适合mainstream和ultra low power市场）
 
TSMC的28nm制程技术，从既有的28LP、28HP、28HPL、28HPM几个主要制程，延伸扩大到新发展的28HPC和28HPC+，藉着更广泛改良的制程应用，来扩大28nm的市佔率。去年导入28HPC制程，係针对64 bit中低阶市场CPU，今年导入的28HPC+，则是针对4~10核心CPU + LTE Category 4~6 SoC产品市场，28HPC+比28HPC速度快15%，或耗电少30~50%。除了smartphone CPU（AP）/Baseband之外，28HPC/HPC+也应用在其他产品。另外，28nm transceiver RF和28nm flash controller需求已经开始增温，TSMC认为2016年将有更多客户产品转进28nm，包括WiFi、Wearable、Digital TV、Set-top-box、Image processor，几乎所有的新tape-out的28nm产品都使用新的28HPC和28HPC+制程，这两个制程的tape-out数目已经超过歷史新高纪录。
 
因为客户调节库存，TSMC表示28nm整体产能利用率（billing utilization; UTR）将从3Q15的90%以上，4Q15降到80%以下。TSMC预估2015年28nm wafer出货量大约和去年差不多，透过新版本的28nm制程，TSMC希望阻档二线foundry，维持高市佔率和良好的毛利率，2016年的28nm全年营收还是有机会比2015年成长。