硬科技:摩爾第二定律的詛咒

2020.11.02 07:05PM
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完全沒有任何學理基礎(唯一可參考的佐證僅有1960年到1965年的數字曲線)、骨子裡根本不是定律的「摩爾定律」,想必各位科科耳熟能詳到幾乎要忘記它的存在。這條由Intel創辦人之一的Golden Moore所創立的「Intel登山寶訓」,預測積體電路上的電晶體數量,從他本人「初版」的12個月、官方白紙黑字文宣的24個月、到後來取中間值的18個月,就會翻倍1次,Intel也被普遍視為摩爾定律的最具代表性象徵與最大既得利益者。

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至於假如沒有摩爾定律,半導體產業會不會進步的更快,那又是另一個層面的大哉問了。天知道Golden Moore制定這條跟坐在路邊摸水晶球沒兩樣的「定律」,目的是否在於「保障半導體產業工程師的生活品質」,免得大家都一路綠燈油門踩到底的拼命猛衝,搞得大家沒日沒夜過勞作功德。他老人家當年大概也沒意料到,半個世紀後,遠在太平洋另一邊的某個小島,還真的有一大票人「24小時研發三班制」,還一舉超車他創辦的公司。

但當製程技術逐漸發展到奈米等級,相關領域的技術議題越來越複雜,研發先進製程和製造設備的技術門檻也越來越高,直接反應在水漲船高的晶圓廠成本與晶片研製費用,這也催生了所謂的「摩爾第二定律」,台灣的「護國神山」台積電,就是這「補充定律」的最佳典範。

我們先回顧歷史。Intel在1986年製造「25萬電晶體」的386處理器,當時的晶圓廠耗資2億美元。10年後的1996年,Intel生產600萬電晶體的Pentium處理器(這裡應指550萬核心電晶體的Pentium Pro),所需的相關生產設備,要價則是「10倍」的20億美元。換言之,10年變成10倍的指數型成長。

也因此,說服Sherman Fairchild成立壞孩子公司... 不對,快捷半導體(Fairchild Semiconductor)的Arthur Rock,根據長期的趨勢觀察,得到「晶圓廠的建造成本每隔4年就會倍增」的結論。

以台積電位於中科的Fab 15為例,從2010年動工、2012年量產28nm、到演進至7nm,前前後後陸續投入了超過3000億台幣的資金,相當於100億美元。2018年在南科興建的5nm 12吋晶圓廠Fab 18,總投資金額更高達7500億台幣,約為250億美元。這種以「百億美元」為基本單位的軍備競賽,玩的起的廠商只會越來越少。

專注於晶圓代工的台積電,其每年的資本支出,幾乎佔了營收的一半(80%先進製程,10%封裝與光罩,10%特殊製程),2019年140-150億美元,2020更高達150-160億美元。「資金技術極度密集,僅有冠軍才能大賺」是最貼切的寫照。這也是越來越多人不看好Intel製程技術能夠急起直追的主因:事業觸角多樣化的Intel,願意投入其營收的近四分之一,只為了跟台積電拼命嗎?

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2018年隨著Global Foundries無限期擱置7nm研發而變相撤出製程戰爭,檯面上的玩家也只剩下台積電、苦苦追趕的Samsung和頗為掙扎的Intel。

照片中提到了Freescale、HiTek、Grace,包含了tsmc三星intel、台積電、半導體製造廠、鑄造模型、半導體製造國際公司

也如同我們所見,摩爾定律的預言曲線逐漸的鈍化。即使單論晶片研發,也變成極度燒錢的生意,以高效能處理器為例,Intel的初代Pentium 4從1995年到2000年的5年開發期,燒掉了10億美元。就算「看起來結構比較單純」的GPU,開創GPGPU的NVIDIA G80,2002年到2006年的4年研發期,也花掉了5億美元。讓IBM擠了好幾年牙膏的歷代Power9處理器,更是令人髮指的「30億美元」。

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覺得Intel擠牙膏是無本生意?據傳Intel這些年來,1款14nm製程的既有微架構衍生款晶片,也要耗掉5000萬美元開發費與3200萬美元驗證費,這還沒算入開光罩等一堆生產相關開銷。

照片中提到了MOORE'S LAW KEEPS SLOWING、90nm、65nm,包含了天空、半導體封裝、摩爾定律、台積電、Advanced Micro Devices公司

受到摩爾第二定律詛咒的Intel(和Samsung),還有機會追的上台積電的腳步嗎?沒人敢打包票說絕無可能,但無論怎麼想,總是越想越讓人科科笑,直到笑不出來。

照片中提到了TSMC Logic Nodes、Vs. N16、+15% Perf @ iso-power,跟新銀行有關,包含了tsmc 5nm製程、5 nm製程、蘋果A14、台積電、蘋果移動應用處理器

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