2024-05-24
半導體邁向埃米世代！台積電A16製程晶片究竟有幾先進？為何被視為半導體新時代起點？
大家選購智能手機時，都非常注重硬件規格，尤其是處理器晶片製程，因為製程愈小，代表運算速度愈快。譬如iPhone 15 Pro系列所用的正是最先進的3奈米製程。在AI熱潮推波助瀾下，半導體製程將加速改朝換代，未來兩年將從奈米全面升級至「埃米」境界。全球最大晶片生產商台積電宣布，將於2026年量產16埃米晶片，更豪言這是「半導體下一個新時代的開始」。究竟埃米技術的誕生對半導體產業會帶來甚麼衝擊呢？
埃米僅為頭髮直徑1.87萬分之一
2025年4月24日，在美國加州舉行的北美技術論壇上，台積電總裁魏哲家發表最新技術「A16」，把晶片製程從原先的奈米（Nanometer）級別，推進至「埃米」（Angstrom）境界，正式宣告半導體進入「埃米時代」。埃米是一個長度單位，為紀念光譜學創始人安德斯·埃斯特朗（Anders Jonas Angstrom）而命名，用於計量可見光的波長、或原子直徑，1埃米相等於十分之一奈米，故此16埃米製程可視為1.6奈米製程。
台積電表示，2024年下半年會推出3奈米晶片N3E，預計iPhone 16 Pro系列機種將會搭載這款晶片；2025年將會投產2奈米晶片，2026年則可量產16埃米製程的A16。無論是2奈米或16埃米，均是指電晶體上尺寸最小的閘極長度。晶片內裡有大量電晶體，每顆電晶體上尺寸最小的結構是閘極長度，尺寸愈小，代表電晶體密度愈高，效能也愈高。頭髮的直徑約為3萬奈米，把頭髮分割為1.87萬份，就等於16埃米，可見A16製程是何等精細。
台積電最新發表的A16技術，把晶片核心製程推進至16埃米，宣告半導體進入比奈米還小的埃米時代。（圖片來源：台積電）
A16效能提升10%、功耗降20%
A16製程藉由超級電軌（Super Power Rail）、以及奈米片電晶體（Nanosheet）來實現，當中以前者尤其重要。超級電軌架構是指，負責輸送電力的電線從電晶體上方遷移至下方，變作背面供電，讓晶圓正面可以騰出更多空間用於鋪設訊號網絡，使邏輯密度和效能獲得提升。相比起2奈米晶片，A16在相同工作電壓下速度增加8%至10%，在相同速度下功耗減少15%至20%，晶片密度也提高1.1倍，足以應付任何數據中心的高效能運算需求。
A16晶片採用超級電軌架構，把供電網絡挪移到晶圓背面，讓晶圓正面可以釋出更多空間作訊號網絡布局，有助提升邏輯密度和效能。（圖片來源：台積電）
魏哲家表示，A16製程的首波客戶可能會是AI晶片製造商，而不再是手機廠商，顯示AI熱潮將帶動半導體產業的未來發展。外界預估，A16產量從2027年起將會逐年遞增，市場對埃米級晶片的需求也會逐步攀升。
台積電能夠發表明確的埃米產品路圖和技術規格，證明已全面掌握有關技術。（圖片來源：台積電）
台積電、英特爾、三星埃米決戰
台積電的主要對手英特爾（Intel）和三星（Samsung）也看好此商機，爭相發表埃米時代的產品規劃。Intel於2024年2月公布「4年5節點」計劃：2025年投產「18A」製程，2026年量產「14A」，2027年則推出強化版的「14A-E」。
三星宣布，2025年將會大規模生產2奈米製程的「SF2」晶片，2027年則量產1.4奈米的「SF1.4」。由此來看，Samsung埃米產品進程似乎落後於對手，讓Intel躍居為台積電的最強挑戰者。單看雙方的產品名稱，台積電的A16、英特爾的18A與14A，均是以A代表「Angstrom」來命名，顯得較勁意味甚濃。Intel更宣稱，14A足以取代台積電產品，成為全球運算速度最快的晶片。
然而，有業界人士質疑，英特爾一直沒有說明14A的閘極長度是多少，外界估計可能是2奈米製程，所以14A或是製程代號而已。有產業專家認為，台積電現已能發表明確的埃米技術藍圖，Intel與Samsung則僅能公布產品的大概推出年份，足證台積電與對手的製程技術已拉開距離了。
AI軍備競賽催生龐大埃米晶片需求
微軟（Microsoft）、亞馬遜（Amazon）、Google母公司Alphabet、Facebook母公司Meta表示，2024年將投資近2,000億美元（約1.6兆港元），用於興建數據中心和部署生成式AI模型。Wedbush分析師丹尼爾·艾夫斯（Daniel Ives）指出，這是一場AI軍備競賽，各大科技巨頭現正以大筆資金押注到生成式AI，估計未來10年都會持續擴大對AI基建的投資。
市調機構Counterpoint Research預估，到2027年AI手機出貨量將成長43%，達至5.5億部以上，較2024年暴增4倍。《福布斯》（Forbes）預測，到2030年將有10萬個AI人形機械人上市。因此，未來對埃米晶片的需求將會十分強勁，市場預期2024年全球半導體產業規模將成長至6,500億美元（約5.1兆港元），到2030年更有望突破1兆美元（約7.8兆港元）。