電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）近日有消息稱，臺(tái)積電將組建2nm任務(wù)團(tuán)沖刺2nm試產(chǎn)及量產(chǎn)。根據(jù)相關(guān)信息，這個(gè)任務(wù)編組同時(shí)編制寶山及高雄廠量產(chǎn)前研發(fā)（RDPC）團(tuán)隊(duì)人員，將成為協(xié)助寶山廠及高雄廠廠務(wù)人員接手試產(chǎn)及量產(chǎn)作業(yè)的種子團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)新竹寶山和高雄廠于 2024年同步南北試產(chǎn)、2025年量產(chǎn)。

從1971的10000nm制程到5nm，從5nm向3nm、2nm發(fā)展和演進(jìn)，芯片制造領(lǐng)域制程工藝的角逐從來未曾停歇，到現(xiàn)在2nm芯片大戰(zhàn)已經(jīng)全面打響。

先進(jìn)制程工藝演進(jìn)，逼近物理極限

制程，是指特定的半導(dǎo)體制造工藝及其設(shè)計(jì)規(guī)則。芯片工藝中的nm單位，用于衡量芯片制造工藝中的線寬尺寸，不同的制程意味著不同的電路特性，芯片工藝的數(shù)字越小，表示線寬尺寸越小，芯片制造工藝越先進(jìn)。

制程越小，器件尺寸才能更小，半導(dǎo)體集成度才能更高，也是區(qū)分不同半導(dǎo)體制造工藝換代的標(biāo)志。一般來說，制程節(jié)點(diǎn)越小意味著晶體管越小速度越快、能耗表現(xiàn)越好。

從英特爾的第一顆CPU開始，芯片制程由10000nm開始以飛快的發(fā)展速度向更小的制程節(jié)點(diǎn)逼近，1977年芯片制程發(fā)展到3000nm，1987年發(fā)展到800nm。從1990年制程演進(jìn)到600nm開始，先進(jìn)制程的發(fā)展再一步提速，基本上每幾年就會(huì)躍升到下一個(gè)更先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)。

2020年，5nm制程芯片（蘋果A14）首次成功應(yīng)用。而現(xiàn)在，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)制程的角逐已經(jīng)圍繞著5nm以下的工藝展開。

隨著制程節(jié)點(diǎn)由5nm向3nm、2nm發(fā)展和演進(jìn)，芯片制造的難度逐步逼近摩爾定律的物理極限，從制程進(jìn)步中獲得芯片性能提升的難度和成本越來越高。如今3nm戰(zhàn)場方興未艾，2nm的競爭已經(jīng)全面打響。

2nm芯片到底能帶來怎樣的提升呢？根據(jù)2021年IBM在實(shí)驗(yàn)階段制成的2nm芯片，其大小只有150mm2，而這顆芯片內(nèi)部每平方毫米有著3.3億個(gè)晶體管，整塊芯片中可以安裝500億個(gè)晶體管。根據(jù)IBM的評(píng)估，2nm技術(shù)相較于7nm技術(shù)，性能方面將得到45%的提升，在同等性能下功耗能夠減少75%。

先進(jìn)制程給芯片帶來的性能提升是很明顯的，2nm芯片成功量產(chǎn)后無疑將再一次引發(fā)芯片行業(yè)的更新?lián)Q代。不論是智能手機(jī)、電腦、可穿戴設(shè)備、還是自動(dòng)駕駛、數(shù)據(jù)中心等等應(yīng)用，這些領(lǐng)域一旦使用上2nm工藝的芯片，那么在性能方面將實(shí)現(xiàn)飛躍式發(fā)展，且能耗明顯下降。

從更長遠(yuǎn)的角度看，2nm后還有更極限的先進(jìn)制程，1nm制程、0.2nm制程將進(jìn)一步逼近物理極限。

2nm先進(jìn)制程現(xiàn)狀與進(jìn)展

高端芯片市場，從來不缺少競爭，5nm、3nm已經(jīng)滿足不了頭部廠商對制程工藝的發(fā)展需求，2nm已經(jīng)成為現(xiàn)在高端芯片制造商布局的重點(diǎn)。

近日臺(tái)積電組建了2nm任務(wù)團(tuán)沖刺2nm試產(chǎn)及量產(chǎn)，預(yù)計(jì)明年可實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，2025年量產(chǎn)。此前臺(tái)積電中科2nm廠延期，臺(tái)積電直接將高雄廠切入2nm ，組建團(tuán)隊(duì)沖刺量產(chǎn)也是看到了目前2nm在人工智能風(fēng)口下的商機(jī)。

蘋果及英偉達(dá)等芯片大廠都對臺(tái)積電2nm制程保持關(guān)注，此前黃仁勛曾表態(tài)，未來新一代服務(wù)器芯片將會(huì)全面采用臺(tái)積電2nm制程。而其他競爭廠商也都于今年在2nm項(xiàng)目上摩拳擦掌。

臺(tái)積電自然不會(huì)輕易讓出在2nm的話語權(quán)，目前臺(tái)積電2nm節(jié)點(diǎn)改用GAA納米片晶體管架構(gòu)，在N2的良率和性能上都取得了“扎實(shí)的進(jìn)展”，并預(yù)計(jì)2025年投入生產(chǎn)時(shí)，在相同功率下速度將比N3E提高15%，或者在相同速度下功耗最多可降低30%。如果進(jìn)展順利，蘋果和英偉達(dá)將成為臺(tái)積電2nm的首批客戶。

三星同樣不甘示弱，在今年的第7屆三星晶圓代工論壇上，三星官宣將于2025年實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在移動(dòng)領(lǐng)域2nm工藝的量產(chǎn)，于2026和2027分別擴(kuò)展到HPC及汽車電子。這不是三星首次對外公布2nm計(jì)劃，此前三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總裁Kyung Kye-hyun也曾公開表示，三星將在2nm工藝中趕超臺(tái)積電成為客戶的首選。

三星將2nm工藝視為超越臺(tái)積電重返領(lǐng)先先進(jìn)制程地位的關(guān)鍵。其中一個(gè)原因在于實(shí)現(xiàn)2nm芯片的GAA技術(shù)，三星積累的相當(dāng)豐富。三星的3nm工藝上就已經(jīng)采用了該技術(shù)，相比之下臺(tái)積電轉(zhuǎn)向GAA相對保守。

更成熟的GAA技術(shù)，給了三星超越臺(tái)積電的信心，根據(jù)三星的評(píng)估，2nm工藝比目前的3nm工藝，面積將減少5%、性能提高12%、功效提高25%。

除了這兩家在先進(jìn)制程上常年占據(jù)頭部的廠商，英特爾在2nm戰(zhàn)場上同樣躍躍欲試，與ARM攜手研發(fā)能與臺(tái)積電、三星2nm制程相媲美的工藝。根據(jù)相關(guān)消息，目前Intel 18A（1.8nm）和Intel 20A（2nm）制造工藝的開發(fā)已經(jīng)完成，均計(jì)劃于2024年量產(chǎn)。

在上市時(shí)間上，英特爾的18A和20A早于臺(tái)積電和三星的2nm量產(chǎn)時(shí)間，根據(jù)英特爾的說法，不僅在進(jìn)度上會(huì)領(lǐng)先，18A工藝的技術(shù)水平也會(huì)超過臺(tái)積電和三星的2nm工藝。如果臺(tái)積電和三星研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期，英特爾進(jìn)度正常，那么實(shí)現(xiàn)超車奪取2nm技術(shù)龍頭的期望并不是不可能。

除了這三雄爭霸，日本Rapidus也強(qiáng)勢加入2nm戰(zhàn)場，日本眾多頭部廠商合資的Rapidus正緊鑼密鼓攻克2nm制程，意圖在先進(jìn)制程賽道上占得一席之地。

先進(jìn)制程的角逐，2nm不會(huì)是終點(diǎn)

2nm芯片的大戰(zhàn)，將在2025年各家2nm芯片量產(chǎn)后進(jìn)入白熱化。從技術(shù)儲(chǔ)備上來看，各家的量產(chǎn)實(shí)力都是毋庸置疑的，量產(chǎn)后的良率差異也只能到時(shí)見分曉。

而先進(jìn)制程上的競爭，并不會(huì)止步于2nm，在各家規(guī)劃的2nm量產(chǎn)后路線，都還有各自的下一步布局。比如背面供電技術(shù)，臺(tái)積電和三星均在制程路線上布局了該技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提升功率和晶體管密度。

除此之外，1.4nm工藝的研發(fā)甚至1.4nm以下更先進(jìn)制程技術(shù)的研發(fā)，也已經(jīng)出現(xiàn)在規(guī)劃上。巨頭們先進(jìn)制程的拉鋸戰(zhàn)，終點(diǎn)不會(huì)在2nm上，巨頭們你來我往，在一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)的拉鋸戰(zhàn)上不斷探索著摩爾定律的極限。

小結(jié)

2nm雖然將進(jìn)一步革新芯片性能和功耗，但是其成本也是高昂的。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，3nm芯片晶圓的價(jià)格超過2萬美元/片，而2nm芯片晶圓的價(jià)格將會(huì)超過2.5萬美元/片。高昂的代工費(fèi)最終會(huì)由終端的消費(fèi)者買單，市場接受度如何還很難說。