為何我們應該注意中國7奈米製程推進?
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2022.08.09
作者
汪哲仁
網路安全與決策推演研究所 汪哲仁 助理研究員
關鍵字:先進製程、中芯國際、經貿利益
(本評析內容及建議,屬作者意見,不代表財團法人國防安全研究院立場)


加拿大媒體TechInsights踢爆中國中芯國際的製程已經推進到7奈米,而且預估出貨已逾一年;部分媒體則稱,中芯製程的推進顯示美國的封鎖太慢、太少而無效。[1]

7奈米為先進製程重要技術節點


中芯過去最先進的製程是14奈米,朝先進製程(10奈米以下)邁進的企圖一直很強烈,但是受制於美國2020年12月底的「實體清單」(Entity List)限制,遲遲無法取得荷蘭ASML的極紫外光機(Extreme ultraviolet lithography, EUV)而在先進製程停滯。2020年10月有報導指出,中芯已經利用深紫外光刻機(Deep Ultraviolet, DUV),以FinFET N+1技術成功開發「類7奈米」晶片,由於台積電的7奈米量產初期也是利用深紫外光刻機達成,因此理論上要達成先進製程並非一定需要EUV不可,但是使用DUV需要較多層的光罩,雖然DUV的光罩成本較EUV的成本低,但是在多重曝光後的影像效果較差、良率較低,單顆晶片成本反而較高。

台積電董座劉德音博士曾說,7奈米製程是半導體製造的分水嶺,在眾多應用的領域中(包含5G,微處理器,顯示卡、網路、遊戲、車用、資料中心),7奈米與14奈米最大的差異在於單位面積電晶體數增加幅度大,耗能降低且最有經濟效益。[2] 以台積電為例,在2020年其7奈米單顆晶片的成本為233美元,不只低於16奈米的331美元,也低於5奈米的238美元。[3] 另外在效能表現上,輝達(NVIDIA)採用台積電7奈米製程,用於人工智慧與資料中心的A100 Tensor Core 處理器,效能提高20倍,使得原先需要25組機櫃的資料中心,在7奈米的製程下,僅需要1個機櫃就能達成原先的運算效能。換句話說,7奈米的晶片不僅價格低,運算效能高,最符合經濟效益,可大大降低AI、高速運算、5G的建置成本。

中國半導體全力衝刺提高自給率


另一方面,中國晶片需求大,但自給率低。去年中國半導體市場規模約為1,865億美元,其中陸資半導體廠占123億美元,占比僅6.6%,其餘為外資半導體廠所貢獻,而內外資在中國境內生產合計僅312億美元,自給率為16.7%。而《中國製造2025》的自給率目標為在2030年達到自給率75%,在這種壓力下,不難瞭解為何中國在這幾年中,透過各種政策誘因大量補助半導體公司建廠。雖然在半導體廠發展中曾發生大量的「爛尾樓」案例,但是並未讓中國全力扶植半導體廠的政策退卻。

「以成熟製程包圍先進製程」戰略


過去扶植電子業的經驗讓中國政策規劃者非常清楚,雖然中國半導體生產規模與技術落後於國外廠商,但若能透過政策扶植大量的廠商,可以造成兩種效果。第一,大量的中國廠商可以分食掉國際市場,壓縮二、三線晶圓代工廠的生存空間。根據SEMI的統計,到2024年底,中國大陸將新建31座晶圓廠,全球最多,超越台灣的19座,以及美國的12座。[4] 雖然中國這31座新廠大多是成熟製程,對於領導廠商如台積電、英特爾、三星的先進製程影響不大,但是中國這種「『廠』海戰術」對於其他成熟製程的廠商,恐將造成巨大的壓力。以目前電子產業有部分已經出現庫存過剩,市場預期2023年以後將出現產能過剩的情況下,殺價競爭恐難避免。屆時,成熟製程的晶圓廠可能難以與有充分政策補助的中國半導體廠相抗衡,而部分二、三線生產商可能不得不退出市場,讓中資半導體廠坐大。

第二,若在大量扶植的廠商中,能有一、兩家廠商可以脫穎而出,有競爭力能打「國際賽事」,就有希望能夠主導國際市場,例如過去PC與筆電的聯想、通訊/手機的華為與中興,都是在類似的模式下發展出來;而從半導體製造來看,中芯國際將是帶領中國突破技術「卡脖子」的企業,而7奈米技術突破就是最好的證據。過去中國晶片設計公司受到美國的制裁,無法利用台積電先進製程來推出產品,若現在中芯能將7奈米製程推展至其他的中國廠商的產品,則可讓中國在AI、高速運算、5G等領域有相當大的進展,能讓中國實現由「製造大國」邁向「製造強國」的目標。

矽盾護台能力遭到侵蝕


綜上所論,若以「矽盾」的角度來看,[5] 過去台灣半導體不論是成熟製程或是先進製程,都是大陸所必需的重要零組件,都能夠提供某種矽盾的效果。若大陸積極擴廠而對台灣的成熟製程依賴越來越小,則代表矽盾的面積越來越小;若中國真能進一步站穩在先進製程的腳步,則代表台灣矽盾中最核心的部分已經出現裂痕。

中國已制定在2027年前達成基於「信息化」(資訊化)、「智能化」(智慧化)和「機械化」的「完全現代化」的建軍百年目標,這些都有待中國在人工智慧、量子計算、高超音速等領域的突破,而這些突破都需要先進晶片的協助。雖然我們目前對中芯在7奈米的出貨量、良率、價格等資料知之甚少,甚至是否有其他的應用也不清楚。但是7奈米製程的推進可望讓中國在人工智慧與高速運算上有所突破,也連帶讓中國在經濟與軍事上增加對台灣的威脅,值得我們警惕。

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