英特尔发布最新AI芯片 把谷歌、台积电技术都用上了!

英特尔发布最新AI芯片 把谷歌、台积电技术都用上了!

近几年AI芯片火热,不让Nvidia专美于前,英特尔在确定进入10纳米时代后更是积极追赶,美国时间20日,英特尔公布首款神经网络处理器Nervana(代号Springhill)相关细节,包含训练芯片NNP-T与推论芯片NNP-I,加上原有的Xeon在AI芯片阵容越发坚强,技术也开始兼容了起来。

美国时间20日,英特尔在今年Hot Chips大会上公布首款神经网络处理器Nervana细节,如其名,这是2016年英特尔收购包含Nervana几家新创公司的成果。Nervana处理器分为训练芯片NNP-T与推论芯片NNP-I。

训练用的Nervana NNP-T,主打可编程与灵活性,并强调可从头建构大规模深度学习模型,且尽可能训练电脑在给定的能耗预算内快速完成任务,也无需传统技术的庞大开销。

NNP-T支援了Google TPU Tensorflow架构特有的运算格式“bfloat16”,bfloat16截断既有的32位元float32的前16位,仅留下后16位所组成,在许多机器学习模型可以容忍较低精确度计算、不需降低收敛准确率的情况下,许多模型使用bfloat16达到的收敛准确率结果与一般使用的32位元浮点(FP32)计算数值的结果一样,降低精度其实能让存储器效率取得较佳的平衡,从而训练与部署更多的网络、降低训练所需的时间,有较好的效率与灵活性,而这是英特尔首次将bfloat16内建于处理器。

▲bfloat16浮点格式(Source:Google)

另外有趣的是NNP-T其实采用的是台积电16纳米CLN FF+制程,这与一般我们对英特尔自行生产芯片的认知有所差异,而在Nervana被英特尔收购前,第一代Lake Crest就是由台积电所代工。NNP-T采用台积电最新的CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)封装技术,将NNP-T的晶粒与四个8GB HBM2存储器异质整合堆叠2.5D,让其封装体积缩小成一个60X60 mm的芯片。

▲Nervana NNP-T采用台积电16nm CLN FF+制程(Source:Intel)

英特尔同时发表了推论芯片Nervana NNP-I,主要针对大型资料中心市场高效能深度学习推论而生,NNP-I主要基于英特尔10nm Ice Lake处理器,官方强调透过此芯片,可提高每瓦效能,让企业以更低的成本执行推论运算工作,降低推论大量部署的成本。英特尔指出,NNP-I在功率10瓦下每秒能处理3600张影像,而处理器本身亦拥有高度可编程性,且同时不影响性能与功效。

▲Nervana NNP-I架构(Source:Intel)

NNP-I已与Facebook合作并实际运用在其相关业务上,而NNP-T将于今年底以前针对尤其云端服务商相关的高端客户送样,并在2020年之前拓展市场。

摩尔定律已死?或许还有其他走向

摩尔定律已死?或许还有其他走向

近年来,对于在过去50年推动半导体制程前进的摩尔定律是否能继续前行这个话题,一直备受争议。但除了英特尔外,晶圆代工龙头台积电亦是摩尔定律的忠实推动者。日前,台积电高管发表博客,再次表态将继续推进摩尔定律,喊话“摩尔定律未死”。

台积电全球营销主管Godfrey Cheng在官网发表博客,表示摩尔定律实际上被误称为一种定律,因为它更准确地将其描述为历史观察和未来预测半导体器件或芯片中晶体管数量的指导。这些观察和预测在过去几十年中基本上都是正确的。但在我们即将迈入新的十年之际,一些人似乎认为摩尔定律已死。

Godfrey Cheng在博文中解释了摩尔定律的由来及相关知识,言语中强调摩尔定律未死。他举例表示,计算性能并没有因为单个晶体管的时钟速度而提高,而是通过在一个计算问题上投入更多的晶体管来提高计算性能,而在同一区域内压缩更多晶体管的方法是密度,即指给定二维区域内晶体管的数量。

他指出,之所以关心芯片面积,是因为芯片成本与芯片面积成正比。摩尔在1965年的论文中明确指出,每个组件的制造成本与芯片上晶体管的总数之间存在关系。有些人认为摩尔定律已死,因为他们认为晶体管不肯能再继续缩小了,Godfrey Cheng在文中谈及了一些计算问题以及关于如何改进密度等问题。

值得一提的是,Godfrey Cheng提到台积电近期推出的5nm极紫外EUV制程技术(N5P)。N5P是台积电5nm制程的增强版,采用FEOL和MOL优化功能,以便在相同功率下使芯片运行速度提高7%,或在相同频率下将功耗降低15%。他表示台积电的N5P工艺扩大了他们在先进工艺上的领先优势,该工艺将提供世界上最高的晶体管密度和最强的性能。

Godfrey Cheng进一步表示,在了解了台积电的技术路线图后,他可以很有把握地说,台积电在未来多年将继续开拓创新,将继续缩小单个晶体管的体积,并继续提高密度。在未来的几个月、几年里,将可听到更多台积电向新节点迈进的消息。

事实上,目前台积电对外公布的技术路线规划已到2nm。6月18日,台积电在上海举办2019中国技术论坛,台积电总裁魏家哲介绍了先进工艺的发展规划。如今,台积电7nm制程已量产,而其规划量产的工艺节点已经来到5nm,研发方面则推进到3nm,近期还官宣2nm研发启动。

根据规划,台积电5nm工艺将于明年上半年量产;3nm工艺方面,台积电表示进展顺利,已有早期客户参与进来,有望在2021年试产、2022年量产;2nm工艺新厂设在中国台湾新竹的南方科技园,预计2024年投产。

据了解,台积电2nm工艺是一个重要节点,Metal Track(金属单元高度)和3nm一样维持在5x,同时Gate Pitch(晶体管栅极间距)缩小到30nm,Metal Pitch(金属间距)缩小到20nm,相比于3nm都小了23%。

除了先进制程外,Godfrey Cheng还提及了系统级封装技术,这也是延续摩尔定律的一个重要方向。他表示,台积电已经能通过先进的封装技术将逻辑内核与存储器紧密集成,将利用先进封装实现的系统级密度,进一步增加晶体管的密度。

Godfrey Cheng表示,摩尔定律是关于增加密度,除了通过先进封装实现的系统级密度,台积电将继续在晶体管级别增加密度,有许多路径可用于未来的晶体管密度改进,“摩尔定律并未死亡”。

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台积电:摩尔定律未死 我们的5nm工艺密度、性能最强

台积电:摩尔定律未死 我们的5nm工艺密度、性能最强

“摩尔定律未死!”这句话如果是Intel公司说的,一点都没有悬念,毕竟摩尔定律的提出者是Intel联合创始人,50多年来Intel也是摩尔定律最坚定的捍卫者。不过今天这句话是台积电而非Intel说的,他们也要继续推动摩尔定律。

台积电全球营销主管Godfrey Cheng今天在官网发表博客,解释了摩尔定律的由来及内容,这些是老生常谈的话题了,而他的意思就是强调摩尔定律没死,只不过现在继续推动摩尔定律的是台积电而非其他公司了(Intel听到台积电如此表态不知道是什么滋味)。

Godfrey Cheng提到了台积电最近宣布的N5P工艺,这是台积电5nm工艺的增强版,优化了前端及后端工艺,可在同等功耗下带来7%的性能提升,或者在同等性能下降功耗降低15%。

Godfrey Cheng表示台积电的N5P工艺扩大了他们在先进工艺上的领先优势,该工艺将提供世界上最高的晶体管密度,还有最强的性能。

N5P工艺还不是台积电的重点,Godfrey Cheng表示未来几个月、几年里还会看到台积电公布的最新进展,他们会继续缩小晶体管并提高密度。

除了先进工艺之外,Godfrey Cheng还重点提到了台积电在系统级封装上的路线图,这也是延续摩尔定律的一个重要方向,下图就是台积电展示的一个系统级封装芯片,总面积高达2500mm2,是世界上最大的芯片,包括2个600mm2的核心及8组HBM内存,后者核心面积也有75mm2。

最后,Godfrey Cheng这篇文章还是给即将开始的Hotchips国际会议预热,台积电的首席研究员Philip Wong博士会在这次会议上发表“下一个半导体工艺节点会给我们带来什么”的演讲,届时会公布更多信息。

台积电核准新台币2,009.1亿扩充及产能

台积电核准新台币2,009.1亿扩充及产能

晶圆代工龙头台积电13日举行董事会,会中核准2,009.1亿元(新台币,下同)资本支出,以因应扩充产能与发展先进制程的需求。另外,也核准2019年第2季每股2.5元之现金股利,并且通过黄仁昭财务长暨发言人以及章勳明升任副总经理人事案。

台积电表示,13日的董事会中,核准2019年第2季之每股现金股利2.5元,其普通股配息基准日订定为12月25日,除息交易日则为12月19日。依公司法第165条规定,在公司决定分派股息之基准日前5日内,亦即自12月21日起至12月25日止,停止普通股股票过户,并于2020年1月16日发放。

此外,台积公司在美国纽约证券交易所上市之美国存托凭证之除息交易日亦为12月19日,与普通股一致。台积公司美国存托凭证之配息基准日订为12月20日。

其次,也核准资本预算约新台币2009.1亿元,用于包括兴建厂房,建置、扩充及升级先进制程产能,建置特殊制程产能,以及2019年第4季研发资本预算与经常性资本预算等用途上。

至于两项人事案,包括核准擢升副财务长黄仁昭先生为台积电副总经理暨财务长兼发言人,自2019年9月1日起生效。另外、核准擢升研发组织先进设备暨模组发展二处资深处长章勳明先生为副总经理。

3D封装技术突破!台积电、英特尔引领代工封测厂

3D封装技术突破!台积电、英特尔引领代工封测厂

针对HPC芯片封装技术,台积电已在2019年6月于日本VLSI技术及电路研讨会(2019 Symposia on VLSI Technology & Circuits)中,提出新型态SoIC(System on Integrated Chips)之3D封装技术论文;透过微缩凸块(Bumping)密度,提升CPU/GPU处理器与存储器间整体运算速度。

整体而言,期望借由SoIC封装技术持续延伸,并作为台积电于InFO(Integrated Fan-out)、CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)后端先进封装之全新解决方案。

运用垂直叠合与微缩体积方法,3D封装成功提升HPC工作效率

由于半导体发展技术的突破、元件尺寸逐渐微缩之际,驱使HPC芯片封装发展必须考量封装所需之体积与芯片效能的提升,因此对HPC芯片封装技术的未来发展趋势,除了现有的扇出型晶圆级封装(FOWLP)与2.5D封装外,将朝向技术难度更高的3D封装技术为开发目标。

▲HPC之3D IC封装概念图(Source:拓墣产业研究院整理,2019.8)

所谓的3D封装技术,主要为求再次提升AI之HPC芯片的运算速度及能力,试图将HBM高频宽存储器与CPU/GPU/FPGA/NPU处理器彼此整合,并藉由高端TSV(硅穿孔)技术,同时将两者垂直叠合于一起,减小彼此的传输路径、加速处理与运算速度,提高整体HPC芯片的工作效率。

台积电与Intel积极推出3D封装,将引领代工封测厂一并跟进

依现行3D封装技术,由于必须垂直叠合HPC芯片内的处理器及存储器,因此就开发成本而言,比其他两者封装技术(FOWLP、2.5D封装)高出许多,制程难度上也更复杂、成品良率较低。

▲HPC封装趋势发展比较表(Source:拓墣产业研究院整理,2019.8)

目前3D封装技术已对外公告的最新成果,现阶段除了半导体代工制造龙头台积电最积极,已宣布预计于2020年导入量产SoIC和WoW(Wafer on Wafer)等3D封装技术外,另有IDM大厂Intel也提出Foveros之3D封装概念,将于2019下半年迎战后续处理器与HPC芯片之封装市场。

随着半导体代工制造商与IDM厂陆续针对3D封装技术投入研发资源,也将引领另一波3D封测技术风潮,相信代工封测厂(如日月光、Amkor等)也将加紧脚步,跟上此波3D封装技术的发展趋势。

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为保持营收正成长 晶圆代工第一梯队厂侵入二、三梯队市场

为保持营收正成长 晶圆代工第一梯队厂侵入二、三梯队市场

各大晶圆代工厂商密集召开2019年第二季法人说明会,相较于第一季的惨淡,各厂商第二季营收已有稍稍回神迹象,尤其是台积电、Samsung两大厂商,预计2019下半年除可依赖先进制程需求外,其他成熟节点市场也会成为两大厂商在不景气的2019年中另一重要成长动能。

第一梯队厂商侵入二、三梯队市场

由于2019年全球政治局势极度不稳定,半导体产业自2018年底便已亮出红灯警讯,业界传出台积电、Samsung皆于2019上半年积极在部分较成熟产品线中,争取客户订单的市场讯息。

事实上,若细看在晶圆代工领域拥有绝对市占的台积电,其过往毛利表现从2016年第二季51.5%,逐步下滑至2019年第二季40%出头。

然其7nm营收占比却也与过往最先进制程节点营收,同样保持在20~30%间的比重,推估拉低台积电毛利表现的主要原因并不是先进制程推广不佳所致,而是在2019年不景气的市况氛围下,台积电为保持其营收持续正成长,朝向较成熟却低毛利的市场入侵,进而挤压其他二、三线晶圆代工厂商空间。

 
台系厂商市场占比将再次攀升

2019年晶圆代工产业中,大者恒大的趋势更加明显,台积电、Samsung两大厂商有望带动台湾地区、韩国两区域占比再次成长。其中,台湾地区因受到Samsung在2017年5月拆分晶圆代工事业部之影响,导致其区域占比自2016年67%快速下滑至2018年60%,此一现象将在2019年重新反转,在台积电引领下,2019年台湾地区占比将成长至62%。

台积电7月营收创2019年单月次高,预期第3季营运展望乐观

台积电7月营收创2019年单月次高,预期第3季营运展望乐观

晶圆代工龙头台积电12日公布7月份营收,金额来到847.58亿元(新台币,下同),较6月的858.68亿元,减少1.3%,较2018年同期的743.71亿元,增加14%,创下2019年单月营收次高纪录。累计,2019年1至7月营收约为5,444.61亿元,较2018年同期的5,557.26亿元,减少2%。

根据台积电日前法说会上所说,2019年第3季的营收若以美元计价,将可达到91亿美元到92亿美元的金额,较第1季成长17%到18%,毛利率也将达到46%到48%的水准。而以汇率新台币31元兑换1美元计算,2019第3季新台币营收将介于2,821亿到2,852亿元之间,较第3季成长17.1%到18.3%,将创下季营收历史次高纪录,成长幅度令人惊艳。

因此,就台积电7月份缴出的成绩单来说,接下来8、9两个月必须营收达到平均986.71亿元水准,才能达到财测标准。

对此,台积电在日前的法说会上也表示,第3季包括智能手机、高效能运算、物联网及车用等平台销售将全面成长。其中,又以智能手机平台成长最强劲,物联网也将强劲成长;而且,这样强劲成长的趋势还将延续到2019年第4季,使得第4季的营收也预计能优于第3季。

此外,总裁魏哲家在日前法说会上表示,2019年全年全球半导体产业成长率将下滑3%,而晶圆代工产业将下滑1%的情况,其中在第3季方面,预计营收将优于第2季,2019年下半年业绩又会优于2018年同期的情况下,台积电全年营收将有机会优于业界表现,对营收成长也可以预期。而至于能有什么样幅度的表现,则是预计在10月份的第3季法说会上再跟大家说明。

台积电前研发处长杨光磊加入中芯国际 任独立非执行董事

台积电前研发处长杨光磊加入中芯国际 任独立非执行董事

8月7日,晶圆代工厂中芯国际发布公告,宣布自2019年8月7日起,杨光磊博士获委任为第三类独立非执行董事及薪酬委员会成员。

公告介绍称,杨光磊博士59岁,1981年毕业于国立台湾大学电机系,获得学士学位;1986年获得加州大学伯克莱分校电机计算机所博士学位。自1986年至1989年,彼于美国麻省理工学院林肯国家实验中心担任研究员。

自1989年至1997年,杨光磊博士先后担任美国惠普公司高级技术员、新加坡特许半导体公司高级经理、台湾华邦电子研发副处长等。1997年,杨光磊博士加入世大积体电路制造公司担任工程处长,自1998年4月至2018年6月在台积电位于台湾及美国的公司先后担任包括研发处长在内的多个不同职位,随后于2018年6月退休。2019年6月,杨光磊博士出任台湾环球晶圆独立董事。

公告显示,杨光磊博士将与中芯国际订立服务合约,其任期自2019年8月7日起至2020年股东周年大会为止。根据中芯国际章程,杨光磊博士须于2020年股东周年大会上接受公司股东重选,而其后须按照公司组织章程细则至少每三年一次轮值退任。

至于薪酬方面,中芯国际表示杨博士有权获得50000美元的年度现金酬金,其中包括担任独立非执行董事的45000美元及担任薪酬委员会成员的5000美元,及可供认购187500普通股的期权和187500受限制股份。

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三强争霸半导体先进制程,台积电可望持续领先

三强争霸半导体先进制程,台积电可望持续领先

台积电、Samsung与Intel在先进制程发展的竞争关系备受市场瞩目。过去先进制程发展除了解决微缩闸极宽度上的困难外,EUV光刻机设备性能也是关键影响因素之一;能够达成Immersion机台的单位时间晶圆处理量与稳定度,才能确实发挥纳米节点微缩对晶圆制造成本与技术精进的综效优势。

从2019年7月17日ASML公布的财报显示,EUV光刻机数量持续增加,新型号NXE 3400C在晶圆处理的速度方面WPH(Wafer Per Hour)已经可以每小时处理170片晶圆,达到过去Immersion机台水平。

在光刻机符合量产规划的需求下,台积电、Samsung与Intel在先进制程的时程规划上也将更为激烈,无一不期望在竞争关系中胜出。

台积电时程规划领先业界并积极备妥产能

从2019年7月18日台积电法说会上可看到,虽然对2019下半年的半导体趋势而言,台积电做出整体晶圆代工产业总值衰退1%的估算,但对先进制程未来持续性成长需求仍深具信心。

现有量产的7nm节点除了在手机、HPC业务占比持续提升外,也搭上深具话题性的5G相关芯片需求,包括联发科的业界首款5G手机SoC、海思的Balong 5000 5G调制解调器芯片、Qualcomm的5G调制解调器芯片X55等,持续推动先进制程的投片力道,预估台积电7nm的月总产能在2019年第四季将超过100K,产能利用率也可望维持在90%以上。

在5nm制程方面,台积电的发展速度领先业界,预计于2020年第一季量产。与客户的合作关系紧密,包括Apple、海思的手机AP需求,AMD下一代CPU处理器,以及Qualcomm在2020年推出的旗舰手机AP,都可能是台积电5nm的潜在客户;若按照主力各户群的投片预测来估算,5nm月总产能规划至2020年底前可能上看60~70K,其发展速度与7nm制程相当。

至于3nm制程,虽然受到新建厂房进度而可能稍微延迟至2022年后量产,但根据过往台积电的研发规划,在量产厂生产前其实研发产线已有部分出货给客户的能力,因此在2021下半年推出3nm产品并无不可能,也不至在时程上落后Samsung。无论在技术发展或供应市场需求的产能规划上,都可望持续助益台积电的领先地位。

Intel步调保守力求稳定发展

Intel过去在制程技术上一直居于领先地位,然而在10nm节点遇到开发上的困难与产能分配问题,导致在先进制程的时程图规划上落后台积电与Samsung。

由于Intel在开发10nm节点时对EUV的规划偏向保守,在ASML首波EUV机台供应客户清单中占比很少,绝大多数为台积电购买,也因此让Intel在EUV光刻机的调机阶段时间拉长,加上既有量产产品与研发需求互抢产能的情况下,影响先进制程规划。

目前10nm产品已追上量产进度,预计在2019年第四季供货,而7nm节点则规划至2021年量产,并延续7nm推出优化版本7+和7++,发展步调稳健,5nm计划则可能落在2023年后。

Samsung加速时程紧咬台积电

Samsung在先进制程上追赶台积电的脚步积极。由于Samsung决定直接开发7nm EUV方案,从官方Roadmap显示,7nm EUV已于2019年第二季量产;然而客户以自家手机AP芯片及IBM的Power系列芯片为主,其他外部客户尚在评估下单状况,故7nm月产能至2019年底可能规划10~15K左右。

在5nm部分,虽然7nm全面EUV化,在曝光显影制程的EUV调校上能有经验优势;然而Samsung在制程节点上的细致化,从10、8、7~5nm皆有布局,令5nm量产时间可能不如预期快,估计量产时间落在2020下半年。

至于3nm制程节点,Samsung宣称在2021年会推出采用GAA(Gate-All-Around)产品,或许将成为在时程上与台积电正面对决的纳米节点,然而后续能否如期推出,仍有待观察。

结语

值得一提的是,从终端应用市场面向分析,3间发展先进制程厂商的商业模式略有不同:台积电为纯晶圆代工、Intel属于IDM、Samsung则是两种业务皆有涉略,因此未来的竞赛结果或将与其客户和产品线较有关联性。Intel无疑仍以CPU与嵌入式GPU为主,台积电与Samsung则透过代工AMD、NVDIA取得部分市场。

而手机AP则是台积电与Samsung角力的主战场,因此在先进制程发展上谁能获得最大利益,或许仍取决于终端产品的销售情形,不过若以客观角度来看,台积电手握CPU、GPU及手机AP与HPC等高端产品线,在时程规划上若又能持续领先竞争对手,对于未来在先进制程市场拿下大多数份额,仍较具优势。

日韩贸易战牵动7纳米竞争 台积电狠甩三星

日韩贸易战牵动7纳米竞争 台积电狠甩三星

日韩贸易战加剧,日本管制关键高纯度氟化氢等应用在极紫外光(EUV)原料输韩,直接打乱三星冲刺7纳米以下先进制程布局,预料受原料管制趋严下,三星要藉冲刺先制程抢食台积电晶圆代工大饼的难度大增,并加速台积电拉大和三星差距。

日本限制光阻剂、高纯度氟化氢及聚醯亚胺等关键半导体原料输韩,虽然南韩半导体厂仍可透过专案审查程序申请,但进口时程将由过去简化程序拉长至90天(专案审查期),包括三星和SK海力士除均对外收购既有三项原料存货外,也透过专案申请、加速他厂认证双管齐下,希望将冲击降至最低。

半导体业者表示,由于目前三星和SK海力士存储器库存仍高,日本管制光阻剂等三项半导体原料输韩,韩厂可将生产快闪存储器(Flash)的原料转去支援利润较高的DRAM,并趁机抬高价格、消化库存,对三星和全球DRAM供给,短期还不会构成太大影响。

不过,日本厂商生产用于先进制程的高纯度氟化氢,目前替代厂商占比极低,将直接冲击三星在半导体先进制程布局。

据了解,三星稍早也曾透过中国台湾厂商转手卖给三星,不过台厂担心台韩出口高纯度氟化氢,将遭日本原厂发现异常,拒绝这项交易,让三星吃到闭门羹。

高纯度氟化氢是在采用极紫外光(EUV)进行光罩制程时,要让积体电路精准对位的蚀刻材料,而三星也靠着7纳米制程导入EUV微影设备并成功抢下高通和辉达等前往下单的重要利器。

如今日本管制这项原料输韩,虽然三星正自行生产这项关键化学品,但这又等于让制程良率增添变数,而且三星也是领先全球把EUV设备导入生产更先进的DRAM产品的大厂。

半导体业者分析,三星发展7纳米以下制程受阻,未来要追赶台积电,得花费更大的财力和物力 ,日韩贸易战其实反而助攻台积电拉大和三星差距。