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24/05/2024

半導體邁向埃米世代!台積電A16製程晶片究竟有幾先進?為何被視為半導體新時代起點?

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  • 方展策

    方展策

    少年時,曾研習 Geographic Information System,可惜學無所成,僥倖畢業。成年後,誤打誤撞進入傳媒圈子,先後在印刷、電子、網絡媒體打滾,略有小成。中年後,修畢資訊科技碩士,眼界漸擴,決意投身初創企業,窺探不同科技領域。近年,積極鑽研數據分析與數碼策略,又涉足 Location Intelligence 開發項目;有時還會抽空執教鞭,既可向他人分享所學,亦可鞭策自己保持終身學習。

    智城物語

   大家選購智能手機時,都非常注重硬件規格,尤其是處理器晶片製程,因為製程愈小,代表運算速度愈快。譬如iPhone 15 Pro系列所用的正是最先進的3奈米製程。在AI熱潮推波助瀾下,半導體製程將加速改朝換代,未來兩年將從奈米全面升級至「埃米」境界。全球最大晶片生產商台積電宣布,將於2026年量產16埃米晶片,更豪言這是「半導體下一個新時代的開始」。究竟埃米技術的誕生對半導體產業會帶來甚麼衝擊呢?

 

埃米僅為頭髮直徑1.87萬分之一

 

  2025年4月24日,在美國加州舉行的北美技術論壇上,台積電總裁魏哲家發表最新技術「A16」,把晶片製程從原先的奈米(Nanometer)級別,推進至「埃米」(Angstrom)境界,正式宣告半導體進入「埃米時代」。埃米是一個長度單位,為紀念光譜學創始人安德斯·埃斯特朗(Anders Jonas Angstrom)而命名,用於計量可見光的波長、或原子直徑,1埃米相等於十分之一奈米,故此16埃米製程可視為1.6奈米製程。

 

  台積電表示,2024年下半年會推出3奈米晶片N3E,預計iPhone 16 Pro系列機種將會搭載這款晶片;2025年將會投產2奈米晶片,2026年則可量產16埃米製程的A16。無論是2奈米或16埃米,均是指電晶體上尺寸最小的閘極長度。晶片內裡有大量電晶體,每顆電晶體上尺寸最小的結構是閘極長度,尺寸愈小,代表電晶體密度愈高,效能也愈高。頭髮的直徑約為3萬奈米,把頭髮分割為1.87萬份,就等於16埃米,可見A16製程是何等精細。

 

台積電最新發表的A16技術,把晶片核心製程推進至16埃米,宣告半導體進入比奈米還小的埃米時代。(圖片來源:台積電)

 

A16效能提升10%、功耗降20%

 

  A16製程藉由超級電軌(Super Power Rail)、以及奈米片電晶體(Nanosheet)來實現,當中以前者尤其重要。超級電軌架構是指,負責輸送電力的電線從電晶體上方遷移至下方,變作背面供電,讓晶圓正面可以騰出更多空間用於鋪設訊號網絡,使邏輯密度和效能獲得提升。相比起2奈米晶片,A16在相同工作電壓下速度增加8%至10%,在相同速度下功耗減少15%至20%,晶片密度也提高1.1倍,足以應付任何數據中心的高效能運算需求。

 

A16晶片採用超級電軌架構,把供電網絡挪移到晶圓背面,讓晶圓正面可以釋出更多空間作訊號網絡布局,有助提升邏輯密度和效能。(圖片來源:台積電)

 

  魏哲家表示,A16製程的首波客戶可能會是AI晶片製造商,而不再是手機廠商,顯示AI熱潮將帶動半導體產業的未來發展。外界預估,A16產量從2027年起將會逐年遞增,市場對埃米級晶片的需求也會逐步攀升。

 

台積電能夠發表明確的埃米產品路圖和技術規格,證明已全面掌握有關技術。(圖片來源:台積電)

 

台積電、英特爾、三星埃米決戰

 

  台積電的主要對手英特爾(Intel)和三星(Samsung)也看好此商機,爭相發表埃米時代的產品規劃。Intel於2024年2月公布「4年5節點」計劃:2025年投產「18A」製程,2026年量產「14A」,2027年則推出強化版的「14A-E」。

 

  三星宣布,2025年將會大規模生產2奈米製程的「SF2」晶片,2027年則量產1.4奈米的「SF1.4」。由此來看,Samsung埃米產品進程似乎落後於對手,讓Intel躍居為台積電的最強挑戰者。單看雙方的產品名稱,台積電的A16、英特爾的18A與14A,均是以A代表「Angstrom」來命名,顯得較勁意味甚濃。Intel更宣稱,14A足以取代台積電產品,成為全球運算速度最快的晶片。

 

  然而,有業界人士質疑,英特爾一直沒有說明14A的閘極長度是多少,外界估計可能是2奈米製程,所以14A或是製程代號而已。有產業專家認為,台積電現已能發表明確的埃米技術藍圖,Intel與Samsung則僅能公布產品的大概推出年份,足證台積電與對手的製程技術已拉開距離了。

 

AI軍備競賽催生龐大埃米晶片需求

 

  微軟(Microsoft)、亞馬遜(Amazon)、Google母公司Alphabet、Facebook母公司Meta表示,2024年將投資近2,000億美元(約1.6兆港元),用於興建數據中心和部署生成式AI模型。Wedbush分析師丹尼爾·艾夫斯(Daniel Ives)指出,這是一場AI軍備競賽,各大科技巨頭現正以大筆資金押注到生成式AI,估計未來10年都會持續擴大對AI基建的投資。

 

  市調機構Counterpoint Research預估,到2027年AI手機出貨量將成長43%,達至5.5億部以上,較2024年暴增4倍。《福布斯》(Forbes)預測,到2030年將有10萬個AI人形機械人上市。因此,未來對埃米晶片的需求將會十分強勁,市場預期2024年全球半導體產業規模將成長至6,500億美元(約5.1兆港元),到2030年更有望突破1兆美元(約7.8兆港元)。

 

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