2nm晶圆厂能成就欧洲的芯片大业吗

童雯

3月初，欧盟发布了“数字化指南”，指出希望能够实现5nm以下的半导体制造工艺，其最终目标是实现2nm工艺，并且欧洲的半导体产量占到全球产量的20％。
显然，欧洲在担心过分依赖亚洲的芯片生产，也担心自己日后在美国和亚洲的政治交火中成为炮灰，因为这些因素都可能导致芯片短缺。但是，业界一些评论家指出，耗资300亿美元建造一座5nm或2nm的晶圆厂并不能真正解决问题。
行业分析机构Yole Développement表示：“实际上用300亿美元的晶圆厂来确保欧洲的技术主权是非常冒险的。”在谈到半导体产业时，Yole认为，如果没有台积电或三星的支持，建造这样一个技术顶尖的设施至少需要10到15年的时间，并且需要数百亿美元的投资，即便这样仍可能以失败告终。在提到英特尔所面临的挑战时，Yole表示：“英特尔在开发先进的7nm制造工艺时就遇到了困难——如果美国计算巨头都无法轻松取得7nm工艺节点的成功，欧洲是否还应冒险去直接挑战难度更高的5nm工艺？”（图1显示了半导体工艺技术的发展和涉及的主要厂商）

                               
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图1：半导体工艺技术的发展和涉及的主要厂商。（图片来源：YoleDéveloppement）

Yole认为，欧盟想要在欧洲建5nm晶圆厂，唯一的办法是像美国一样与台积电或三星合作。合作的好处是欧洲只需花费较少的资金（大约100亿美元），并且开发时间会从10到15年大幅缩短至3到4年左右。
但这并不能解决技术主权的问题。不管有没有台积电或三星，Yole质疑的是在3到4年的时间里，欧洲对5nm的需求到底有多少。“欧洲的电信、汽车和其他行业生产用不了这么多晶圆，所以根本不需要建这样一座晶圆厂，因此投入巨资修建这样的晶圆厂显得很不合理。”
那怎么解决呢？
由于建厂、安装和调试设备花费的时间太长，外包给台积电和三星的制造项目肯定会越来越多。Yole表示：“要获得技术主权，最好的方法是理智地投资并建立一个强大的制造生态系统，以便能够长期为欧洲公司提供半导体。”
这家分析公司指出，欧洲现在已经有许多领先的芯片制造商和设备供应商，包括意法半导体、英飞凌科技、恩智浦半导体、艾迈斯半导体、GlobalFoundries及其德国工厂、英特尔、ASML，这些公司的年销售额从40亿到160亿美元不等。同时，欧洲还有一些规模较小但实力雄厚的半导体代工厂，如Tower Semiconductor和X-Fab，其年销售额在5亿至10亿美元之间。
除此之外，至少有200家半导体公司遍布欧洲各地，包括IDM（集成设备制造商）、系统制造商的子公司，以及半导体设备制造商，例如Elmos、Murata Europe、Besi、EVG、Soitec和Siltronic，虽然这些公司的年收入都不到5亿美元，但仍有助于保持欧洲的制造和技术独立性。
Yole补充道：“欧洲有很多工业半导体大厂，欧盟和各国都需要采取有力措施使这些厂商更强。第一步，也是很重要的一步，就是在欧洲实现中间节点技术：即14nm或7nm制造厂，以支持欧洲当前的汽车、电信、IoT和工业等应用。这些制造厂可以由欧盟出资，也可以与意法半导体、英飞凌科技、恩智浦半导体、艾迈斯半导体和ASML等合作共同修建。”
此外，欧盟应在一些先进的技术方面进行投资，比如14nm至7nm的异质集成、高级封装和芯片划分等。采用这些方法，欧洲所拥有的技术将会更全面，也就不用急着生产5nm和2nm芯片了。利用欧洲在新兴计算和光子学领域的强大研发力量可能也是有效的手段，许多企业都进入了这些领域，其中包括不少初创公司。
这一策略将推动欧洲半导体产业的发展，从长远来看，也是为5nm及5nm以下的工艺做好准备。它还可以解决越来越多的制造商被美国和亚洲公司收购的问题。例如，2014年，LFoundry关闭了在法国Rousset的工厂；2016年，意大利的Avezzano晶圆厂被出售给中国的中芯国际（SMIC）；2020年底，美国的英伟达对总部位于英国的Arm提出了收购计划；2021年初，日本的瑞萨电子收购了英国的Dialog；台湾的Globalwafers也在与欧洲主要的晶圆衬底供应商——德国Siltronic商谈收购事宜。
Yole指出修建2nm或5nm晶圆厂是一种错误的思路，“如果欧洲的大宗半导体业务被美国和亚洲包揽，那么在欧洲筹资建造5nm晶圆代工厂就像在沙漠中建造一个大教堂，毫无意义。”唯一的途径是投资本土企业和基础设施，以促进欧洲技术生态系统蓬勃发展。否则，欧洲大陆有一天可能会成为一座工业沙漠，沙漠中心是一座空空如也的5nm大教堂。”
这种观点得到了支持。欧洲微电子研究中心（IMEC）的首席战略官Jo De Boeck最近在接受荷兰Bits ＆ Chips采访时表示：“无论如何，哪怕只是考虑修建一座晶圆厂，都需要提前好几年时间并付出大量的努力，因此不能简单地跳过几个节点，而是要一步一个脚印地慢慢来。我们相信欧洲会继续增强在研发、制造设备和材料方面的技术储备。在准备好基础技术后，我们要让各个公司通力合作，启用试生产线，生产各行业所需的产品。一旦具备了生产条件，到那时再建造先进的晶圆厂也许就有意义了。还有一种办法是吸引先进的制造厂加入进来，以加速这一过程。”
确实，欧洲需要采取更务实、更循序渐进的方法。有长远规划当然很好，但这将是一个长期的发展过程，不会因为投钱修建先进的晶圆厂就能快速解决问题。欧洲需要利用自己雄厚的研究力量和知识储备，并且调动已经在这里的先进厂商积极参与进来，来拓展自己的芯片大业。
（原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版，参考链接：Does a 2nm Fab Really Solve European Chip Ambitions?，由Jenny Liao编译。）

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