马斯克称三星德州工厂设备领先台积电，特斯拉AI5芯片将双源生产
快速阅读: 特斯拉宣布在美国生产AI5处理器，将由台积电和三星代工，确保芯片供应充足。马斯克称AI5性能是AI4的40倍，适用于汽车、机器人和数据中心。三星德克萨斯工厂比台积电亚利桑那工厂更先进。
上周，埃隆·马斯克宣布特斯拉将在美国生产其下一代AI5处理器，并将从台积电和三星代工两处获得该系统芯片的双重来源。特斯拉此举旨在确保有充足的AI5芯片供应，因为这些芯片将广泛应用于汽车、机器人以及数据中心等多个领域。马斯克还提到，三星在德克萨斯州泰勒的工厂比台积电在亚利桑那州的Fab 21一期工厂更为先进，这一评论出自一位无晶圆厂芯片设计师之口，显得有些不同寻常。
我们分析了三星德克萨斯工厂的能力，对比了它与台积电Fab 21一期工厂的区别，并探讨了马斯克即将推出的AI5芯片是否真的需要三星代工所提供的高级功能。
马斯克表示，特斯拉的AI5将远超前代AI4。由于公司计划在其产品中广泛应用这些芯片，因此希望保持足够的库存。据称，AI5芯片的性能是AI4的40倍。没有图像信号处理或图形处理等基本IP模块，腾出了芯片空间用于低精度张量计算硬件，以最大化性能和成本效益。尽管功耗高达800瓦，但AI5芯片的尺寸约为430平方毫米，处于适中水平，既不太大也不太小。
特斯拉AI5下一代系统芯片（假设是单片SoC而非多芯片封装或多款产品系列）的具体配置尚不清楚，只知道它包含Arm CPU内核和大量专有的特斯拉硬件。鉴于AI5与AI4在功耗（800瓦对比140瓦）、缺乏图形处理和图像处理能力以及广泛的应用范围等方面存在巨大差异，要了解其内部具体构成较为困难。
马斯克还提到，如果为汽车和机器人准备的AI5芯片过多，可以将多余的芯片用于数据中心。“我们已经在数据中心使用AI4进行训练，目前是AI4和英伟达硬件的组合使用。我们并不是要取代英伟达，但确实同时使用AI4和英伟达硬件。多余的AI5产能也可以投入我们的数据中心。”马斯克在本周的投资者和财务分析师电话会议上说。
马斯克列举了大量生产作为选择两家先进代工厂生产这款复杂芯片的主要原因之一。此外，他否认了通过双源生产来为三星代工的美国工厂“管道清洁”，以便未来可能独家或部分独家生产AI6芯片的说法。
马斯克还对三星在德克萨斯州泰勒的工厂设备进行了评价，认为其比台积电在亚利桑那州的Fab 21一期工厂更先进。“从技术上讲，三星的工厂（在德克萨斯）的设备略优于台积电的工厂（在亚利桑那）。这些AI5芯片将在美国生产……由台积电在亚利桑那州和三星在德克萨斯州制造。”
三星位于德克萨斯州泰勒的工厂设计用于生产多种制造技术下的芯片，最先进至SF2工艺，该工艺曾被称为SF3P，但由于性能优势明显，三星将其归类于2纳米级别。然而，SF2是否能与英特尔代工的18A和台积电的N2竞争还有待观察，因为关于SF2使用多少EUV层等细节仍不清楚。
虽然我们不知道三星在德克萨斯州泰勒工厂的确切配置，但考虑到其预计在2026年至2027年投产的时间表，可以推测该工厂将主要用于生产3纳米级别的芯片。因此，我们预计三星将为该工厂配备用于生产SF2P、SF2X、SF2A甚至可能是具有背面供电功能的SF2Z的设备，但这尚未得到官方确认。
尽管如此，能够生产3纳米级芯片的工厂确实比台积电位于亚利桑那州的第一阶段Fab 21更为先进，后者设计用于制造5纳米和4纳米级别的芯片。因此，从设计上来看，台积电的Fab 21落后于三星。此外，自2022年SF3以来，三星的前沿工艺技术就依赖于环绕栅极（GAA）晶体管，这需要一套特定的工具来制造。
台积电的第一阶段Fab 21在2020年至2024年间设计并装备完成，可能遵循了台积电第一代极紫外光刻（EUV）能力工厂的蓝图。值得注意的是，在ASML推出其较新的Twinscan NXE:3800E光刻系统之前，该工厂配备了Twinscan NXE:3600D机器，每小时可处理多达160片晶圆，剂量为30毫焦耳/平方厘米。相比之下，三星在泰勒的工厂目前正在装备，如果推测的话，可以想象三星在其德克萨斯州泰勒的工厂配备了更先进的Twinscan NXE:3800E，每小时可处理高达220片晶圆，剂量同样为30毫焦耳/平方厘米。需要注意的是，ASML的扫描仪是可以升级的，因此理论上，如果有必要，台积电可以提升所使用工具的性能。
由于三星在德克萨斯州泰勒的工厂旨在生产依赖GAA晶体管的芯片，它与台积电的第一阶段Fab 21存在显著差异，后者设计用于生产基于成熟FinFET晶体管的集成电路。GAA晶体管在蚀刻和沉积方面引入了全新的复杂度，因为它们的架构用多个堆叠的水平纳米片替换了单个垂直鳍片。每个纳米片之间由临时的硅锗（SiGe）层隔开，这些层必须被选择性地蚀刻掉，而不会损坏相邻的硅通道。这需要原子层蚀刻（ALE）工具，能够以极高的选择性和方向性一次或两次去除一至两埃的材料。这些系统还必须在整个300毫米晶圆上实现近乎完美的均匀性，因为即使轻微的过蚀刻也可能导致超薄纳米片坍塌或变得粗糙。虽然台积电在第一阶段Fab 21几乎不需要这样的工具，但三星在泰勒的工厂需要。
在沉积方面，共形原子层沉积（ALD）和选择性外延是提高器件性能的关键。GAA器件的栅极完全包裹在每个纳米片周围，需要无针孔且均匀的金属和介电薄膜，即使是在狭窄的沟槽深处也是如此。为了生产这些薄膜，芯片制造商需要提供亚埃控制的高k介电质（如HfO₂）和金属栅层（如TiN、Ru、Mo）的工具，具有近乎完美的台阶覆盖。此外，选择性外延沉积系统生长交替的Si/SiGe多层，形成具有原子尺度厚度精度的纳米片堆栈。这些先进的蚀刻和沉积系统共同提供了制造3纳米节点及更高节点GAA晶体管所需的精度和工艺稳定性。然而，GAA晶体管并不是台积电N4或N5工艺所必需的。预计台积电将在其1.6纳米级别的16A工艺中首次引入GAA晶体管。
由于三星在德克萨斯州泰勒的工厂至少领先台积电的第一阶段Fab 21一个生产节点，因此也采用了不同的计量和检测工具。第一阶段Fab 21可能配备了2010年代末和2020年代初的标准工具集，因此其在线计量/检测堆栈由叠层/CD散射测量、光学晶圆检测和针对4纳米和5纳米节点调校的电子束复审组成。相比之下，三星在德克萨斯州的工厂使用新一代工具，如多角度散射测量、X射线和电子束甚至多电子束计量，以确保晶圆上的亚埃控制和均匀性。
特斯拉AI5是否需要这些先进工具？
解决了工厂之间的差异后，另一个问题仍然存在：特斯拉的AI5芯片是否需要三星代工泰勒工厂能提供的先进工具？简单的答案是我们不知道，因为关于AI5的具体信息不足。这款处理器原本计划于2026年初发布，但特斯拉将其推迟到了2026年末。正如马斯克上周透露的那样，硬件仍在开发中，尚未完成设计定型，距离生产还有超过一年的时间。
“特斯拉设计的AI5芯片，我认为这是一个惊人的设计，过去几个月我几乎每个周末都与芯片设计团队一起工作，致力于AI5。”马斯克说，“我不轻易给予赞美，但我不得不说，我认为张量芯片团队真的设计了一个令人难以置信的芯片。根据某些指标，AI5芯片将比AI4芯片好40倍，不是40%，而是40倍。因为我们对整个软件和硬件堆栈有着详细的了解。”
如果特斯拉在今年11月完成AI5芯片的设计，那么最早可能在2026年12月开始大规模生产。然而，更现实的时间表可能是2027年初。
无论如何，三星的泰勒工厂预计将在2026年开始逐步提高芯片产量，因此到2026年底或2027年初，该工厂将准备好生产AI5。至于台积电，具备3纳米生产能力的Fab 21第二阶段将在2027年下半年才开始量产。因此，如果特斯拉计划从2026年底或2027年初起双源供应AI5，它可能会依赖于台积电在亚利桑那州的N5A工艺，以及三星在德克萨斯州的SF4A工艺。
理论上，特斯拉可以使用SF2A工艺，但我们怀疑这种工艺到2027年初还不足以支持大型处理器的生产，所以SF4A更为可能，因为到那时，它将成为一种成熟的汽车级制造技术。此外，在5纳米级别的工艺技术和三星的SF2上制造相同的芯片没有多大意义，因为最终的硅产品在功耗、热性能和性能方面会有不同的特性。
更快的生产？
鉴于特斯拉的AI5几乎肯定将依赖FinFET晶体管，它几乎不会利用三星在德克萨斯州泰勒工厂的更先进工具，这使得马斯克关于AI5处理器的评论在很大程度上无关紧要。
或许，三星工厂对特斯拉AI5的主要优势在于其Twinscan NXE:3800E光刻系统，这些系统每小时可以处理比前代设备多40%的晶圆，这可能有助于缩短周期时间或增加产量。然而，整个工厂的实际周期时间改善要小得多，因为EUV曝光只是数百个步骤之一。
其他工具，如沉积、蚀刻、检测和清洗，主导了总晶圆周期时间，对于5纳米级别的产品，这一时间约为12周。因此，最新的ASML工具最多可能将总晶圆周期时间缩短5%至10%，但它们相对于前代产品的性能优势并不会转化为40%的周期时间降低。
综上所述，马斯克关于三星在德克萨斯州泰勒的新工厂“更先进”于台积电Fab 21第一阶段的评论在技术上是正确的，但对于特斯拉当前的生产需求来说，这一点并不重要。
(以上内容均由Ai生成)
