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台積電晶背供電較勁英特爾,決戰2奈米,中砂、家登營運添動能

產業評析   2024/01/22

在台積電(2330)去年舉行的技術論壇上,展示了旗下最先進的半導體製程技術,包括去年量產的強化版3奈米(N3E)、2025年將再推出更佳功耗、效能與密度的N3P製程;此外,為提供更廣泛的技術組合,以滿足客戶多樣化的需求,包括為高效能運算應用量身打造的N3X製程、以及支援車用客戶的N3A解決方案等。

隨著節點不斷縮小,根據台積電規劃,在進入2奈米(N2)之後,原先3奈米所使用的鰭式場效電晶體(FinFET)將改用奈米片(Nanosheet)電晶體架構,相較於N3E,N2在良率與元件效能上將更優異,速度最快將可增加15%,且在相同速度下,功耗最多可降低30%,同時電晶體密度增加15%。

此外,台積電在26年推出的2奈米改良版(N2P)將導入晶背供電技術(backside power rail),晶背供電主要是使用奈米矽穿孔技術(nTSV),將晶圓正面的元件連接到背面的埋入式電源軌(BPR),為了使奈米矽穿孔與埋入式電源軌對準,必須仰賴高數值孔徑極紫外光機(high-NA EUV),透過晶背供電技術可減少壓降(IR drop)和訊號延遲(signal RC delays)問題,使速度提升10~12%,同時晶圓正面因擁有更多的布線資源,可使晶片面積可減少10~15%。

在競爭對手方面,英特爾(Intel)去年在國際電子元件會議(IEDM)上發表多項新1代電晶體微縮技術,其中最大亮點就是在今年下半年即將推出的Intel 20A製程中,導入晶背供電技術與環繞式閘極RibbonFET技術,原先傳出Intel將以Intel 20A製程與高通(Qualcomm)生產處理器產品,不過知名分析師郭明錤在近期研究報告中指出,受到以Intel 20A製程設計晶片的投入成本較高,讓高通決定終止開發,維持原本與台積電、三星的合作。

目前Intel旗下製程技術仍以供應自家CPU產品為主,缺少如蘋果、高通、輝達等大客戶的認可,先前Intel宣稱將在今年下半年推出,採用Intel 20A製程的產品Arrow Lake,近期傳出可能將全數交由台積電代工生產。

另一晶圓代工大廠三星在3奈米製程時即導入環繞式閘極電晶體技術(GAAFET),預計在25年下半年推出的2奈米製程時,再導入晶背供電技術,三星宣稱其晶背供電技術跟傳統方式相比,可將晶片面積減少14.8%、線長減少9.2%,有助降低電阻、使更多電流通過,進而降低功耗,改善功率傳輸狀況。

雖然台積電面對競爭對手來勢洶洶,但製程的開發是非常複雜且浩大的工程,台積電仍透過新製程開發,與資本支出的優勢拉開與競爭對手的差距,且台積電在3奈米以近乎100%的市占率往前推進至2奈米,後續台積電供應鏈如中砂(1560)、家登(3680)等營運表現仍值得留意。

半導體產業去年受到消費性電子需求不如預期,導致供應鏈庫存調整時間比預期的久,Digitimes預估去年全球晶圓代工營收將滑落至1215億美元、年減13.8%。不過,預估今年晶圓代工營收將回升,主要受惠HPC應用需求強勁,5G與電動車等對晶片用量提升,加上AI功能導入PC、手機等終端中置,帶動換機需求,中長期晶圓代工營收依然成長可期,預估2023~28年全球晶圓代工營收年複合成長率將達11.3%。

鑽石碟與再生晶圓廠中砂去年營收63.81億元、年減7.62%,前3季EPS4.8元。以去年第3季營收組成來看,鑽石碟(DBU)營收季增7%、年減12.4%,占營收比重為28%,主要受惠台積電3奈米產能放量;測試與再生晶圓(SBU)方面,受到先前報價修正已止穩、產能持續滿載、以及高階產品比重提升,營收季增2.7%、年減6.2%,營收占比為53%,客戶分布在晶圓代工、記憶體產業;至於砂輪(ABU)方面,占營收比重12%,受到工具機客戶需求緩步回溫,營收季增8.8%、年減18.8%。

隨著今年台積電N3製程產能逐步放量,法人預估台積電N3月產能將從約6萬片,今年在蘋果、聯發科(2454)、超微(AMD)、輝達(Nvidia)、高通與Intel等客戶相繼力挺之下,月產能將上看十萬片,中砂在鑽石碟、再生晶圓兩大業務帶動下,去年第4季營收年增率已翻正,法人看好今年營運有望重新迎來雙位數成長。

此外,中砂與晶圓代工、記憶體廠合作關係相當密切,除了大客戶台積電之外,也打入美光(Micron)、Intel等供應鏈,且持續跟上台積電在先進製程的發展,持續研發2奈米製程的鑽石碟產品線。

據了解,中砂研發的高規格鑽石碟新品,採特殊處理方式,可防止金屬汙染,且研磨效率佳、穩定性高,搭配先前投資的先進化學機械平坦化(CMP)設備效益顯現,目前中砂在3奈米市占率約7成,已是市場上最大供應商,法人看好中砂挾帶在3奈米的技術優勢,與2奈米對於化學研磨機械技術的需求大增,中砂後市成長動能看俏。

晶圓傳載解決方案廠家登去年營收50.77億元、年增13.03%,前3季EPS7.51元。受到台積電N3產能維持滿載,且今年產能將進一步拉升,帶動家登極紫外光罩盒(EUV POD)出貨持續增溫。法人指出,家登配合微影設備龍頭廠商艾司摩爾(ASML)在極紫外光設備持續進行升級,推出第2代EUV POD,目前已通過驗證,隨著台積電N3E量產,與在2奈米製程時將採用high-NA EUV,家登第2代EUV POD的ASP較上一代提高10~20%,對營收及獲利將有明顯貢獻。

另外,在前開式晶圓傳送盒(FOUP)部分,則持續受惠中國去美化趨勢,目前已取得大中華地區多數客戶採用,家登先前規劃擴大中國昆山廠產能,月產能從1.2萬顆提升至1.8萬顆,法人看好家登在先進製程需求續強、成熟製程市占率提升,今年營收有望續拚雙位數成長。

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