芯片大突破，台积电1万亿投资建厂，中国掌握原材料的命脉

台积电难道要变成我们中国的中继电了吗?这背后到底发生了一个什么样的情况?要知道他们已经成功的突破一纳米芯片。但是他们发现了一个很大的问题，那就是他们所需的原材料竟然被我们给牢牢的掌握住了。所以他们如果真的想要去实现这个目标，就必须要向我们去靠拢，要好好的跟随我们的脚步。

要知道，现如今我们对于芯片的需求量特别的高，尤其是二十八纳米芯片和七纳米芯片这两个领域的需求量是重中之重。所以绝大多数的企业都特别渴望能够多生产一点，就是希望能够提供更多的需求量，这样自己才能更好的发展起来。同时，帮助这些企业不断的做大做强。但是有个别企业才能够发，但去和生产，尤其像台积电这样的企业，他们的技术水平特别的好，他们已经成为了全世界领先的企业。

在芯片领域当中代加工业务最厉害的就是台积电。可是到目前为止，其实我们对于高端芯片的需求量并不是特别大。那么问题来了，为什么台积电和三星还要不断的发展，还要不断的去创新他们的脚步。其实这里面就要提到另外一个东西，那就是摩尔定律。要知道摩尔定律最重要的内容就是我们的集成管的晶体数量。

要知道同样的区域里面，如果晶体管的数量越多，那么这个芯片的质量也就越好，它的性能也就越好，能够给我们带来更好的空间。如果我们真的想去提高我们的芯片传输速度，我们就必须要去缩小我们的晶体管，然后帮助我们快速的去打开我们的空间，并且帮助我们实现更多晶体管。

同时在一个区域里面要知道这里面还有另外一个好处，那就是尺寸不断缩小之后，生产的成本也会大幅度的降低。所以觉得大多数的企业都特别渴望能够领先其他企业，这样自己才能快速的发展。并且在全新的技术上面甩开别人，让自己成为真正的顶尖巨头。谁能够率先生产出更加高端的芯片，谁就能够更好的去傲视群雄，才能够成为真正的话语权者。就比如台积电，现如今的台积电就是应用到绝对的话语权。

台积电将眼光放在了2nm之后更高精度的芯片制造工艺上，在台中的建厂耗资最多达到2300亿人民币。

按照2021年年初该公司宣布的计划，三年内台积电将支出1000亿美元用于半导体产能扩张。

虽然台积电需要为缓解全球芯片市场供应紧张状况而扩充成熟工艺产能，但该公司仍然会将先进工艺的发展视为重点。

台积电加速发展先进工艺

一方面，当前全球芯片荒的确在持续蔓延，但可以肯定的是，这场缺芯潮不会永远持续下去。

毕竟除了台积电之外，包括中芯国际等专业晶圆代工厂也在加速扩充产能。

根据业内人士的分析，新增产能预计会在2022年下半年或者2023年释放。更有人认为，未来全球半导体市场会出现芯片产能过剩的情况。

另一方面，集成电路领域的摩尔定律仍然在延续，所以未来的高端市场必然是更高精度工艺的天下。

荷兰光刻机巨头AMSL已经研制出新一代EUV光刻机，为晶圆厂制造并量产2nm及以下更高精度工艺的芯片做好了准备。

从竞争的角度来看，笔者认为台积电在先进工艺上下功夫，也是为了在英特尔、三星电子等竞争者的围攻下，保持现有的市场主导地位。

根据台湾《经济日报》报道，英特尔内部计划在2026年之前将旗下晶圆厂的产能扩增三倍。

与此同时，英特尔还将建厂的脚步踏入了美国多个州、欧洲、欧亚交界的以色列、新墨西哥、马来西亚等多个国家和地区。

12月中旬英特尔新任CEO基辛格向媒体透露，该公司正斥资71亿美元在马来西亚建造新的芯片封装设施。

彭博社12月23日消息，有知情人士透露，英特尔还计划在法国和意大利增建工厂，在德国建设主要生产基地。

这两年由于对芯片需求的剧增，台积电产能扩充与开发较往年可说是「五倍速」前进。为了确保产能的提升，相关的支出也大举拉高，尤其是在先进制程方面。

目前台积电在中科的制程涵盖28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的设备可以共用，未来将由1.8nm、1.4nm，逐步向1nm推进。

业界推测，台积电2nm最快可以在2024年试产，于2025年实现量产，之后再进入1nm，以及后续的「埃米」制程。

工厂建成后预计每年用电量可以达到75万千瓦，当地一个发电机组每年的发电量是55万千瓦。

也就是说，全年需要差不多1.5台机组保障台积电新工厂的用电需求。而当地目前总共就只有10台发电机组。

2nm：MBCFET

在工艺下降到5nm之前，FinFET(鳍式场效应晶体管)一直是很好的。

当达到原子水平 (3nm是25个硅原子排成一行) 时 ，FinFET开始出现漏电现象，可能不再适用于更进一步的工艺水平。

在2nm工艺上，台积电并没有直接使用三星规划在3nm工艺上使用的GAAFET (环绕栅极场效应晶体管)，也就是纳米线(nanowire)，而是将其拓展成为MBCFET(多桥通道场效应晶体管)，也就是纳米片(nanosheet)。

GAAFET是一个周围都是门的场效应管。根据不同的设计，全面栅极场效应管可以有两个或四个有效栅极。

通过在栅极上施加电压，你可以控制源极和漏极之间的电流，将其从0切换到1，并创建一个处理器的二进制逻辑。

从GAAFET到MBCFET，从nm线到nm片，可以视为从二维到三维的跃进，能够大大改进电路控制，降低漏电率。

2nm采用以环绕闸极(GAA)制程为基础的MBCFET架构，可以解决FinFET因制程微缩产生电流控制漏电的物理极限问题。

1nm：「铋」密武器

今年5月，麻省理工学院(MIT)的孔静教授领导的国际联合攻关团队探索了一个新的方向：使用原子级薄材料铋(Bi)代替硅，有效地将这些2D材料连接到其他芯片元件上。

自2019年起，MIT、台大和台积电就展开了漫长的跨国合作。

MIT团队最先发现，在「二维材料」上搭配「半金属铋(Bi)」的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流。

之后，台积电技术研究部门则将「铋(Bi)沉积制程」进行优化。

最后，台大团队运用「氦离子束微影系统」将元件通道成功缩小至nm尺寸，终于获得突破性的研究成果。

这种材料被作为二维材料的接触电极，可以大幅度降低电阻并且提升电流，从而使其能效和硅一样，实现未来半导体1nm工艺的新制程。

未来，「原子级」薄材料是硅基晶体管的一种有前途的替代品。