芯片巨头开战2纳米

今年1月，荷兰ASML生产的第一台High-NA EUV光刻机首次开箱面世。这台总重约150吨、需250个集装箱才能装下的庞然巨物，可将世界上最先进的芯片制程从3纳米进一步缩小至2纳米。它的出现也打响了半导体厂商量产2纳米芯片的第一枪。

作为全球排名第一的晶圆代工厂，台积电是跑得最快的选手。

据台湾《工商时报》3月29日报道，台积电2纳米制程布局全线提速，公司位于新竹宝山Fab20 P1厂将于4月进行设备安装工程，为其2纳米芯片量产热身准备，预计台积电宝山P1、P2及高雄三座先进制程晶圆厂均于2025年量产，吸引苹果、英伟达、AMD及高通等客户争抢产能。

虽然台积电回复媒体称不发表评论，但按照公司2022年7月在投资者会议上公布的路线图， 2纳米制程将在2024年试产，2025年量产。 台积电正按规划时间表如期于今年开启2纳米芯片的生产。

除台积电外，2纳米赛道上也出现了三星、英特尔追赶的身影。

作为与台积电在5纳米、3纳米缠斗多年的老对手，三星在2纳米的竞争上也步步紧逼。根据ZDNet报道，三星已通知客户和合作伙伴，将从今年年初开始将其第二代3纳米制程更名为2纳米制程。虽然公司始终未回应外界对其“靠改名领先对手”的质疑，但日前已官宣2纳米或将在今年底前开始量产。

而英特尔则是重返赛场的“新对手”。早年靠制造芯片创业，但后来被台积电与三星甩在身后，又在10纳米、7纳米制程上接连折戟后，英特尔在芯片制造领域明显掉队，先进制程芯片几乎全部外包给台积电代工。

但自从现任CEO帕特·基辛格上台后，公司便在其领导之下计划重振制造芯片的晶圆代工业务。在2月份举办的首届Intel Foundry Direct Connect大会上，英特尔公布了旗下Intel 18A （按照英特尔官方定义为1.8纳米、但业内通常将其与对手的2纳米进行横向对比） 、及更先进的未来制程路线图，且Intel 18A规划的量产时间与两大对手相近，2024年下半年准备就绪量产，2025年会推出基于18A的产品。

距离台积电、三星在2022年推出3纳米制程芯片刚满一年，2纳米的竞争就已经被提上日程。面对台积电全球第一大芯片代工厂的领先地位， 三星、英特尔都不约而同地将2纳米看作弯道超车的机会 ——前者喊话要在三年之内重夺芯片市场第一，后者誓言要在2030年建成全球第二大代工厂。

2纳米变成新战场

按照半导体行业经典的摩尔定律，集成电路可容纳的晶体管数目，每隔18个月便会增加一倍，性能相应也增加一倍。大众所知的几纳米通常指代晶体管的尺寸，为在集成电路上尽可能容纳更多的晶体管，从10纳米到7纳米，再到5纳米、3纳米，晶体管尺寸越做越小，芯片也相应越来越小。

2纳米最早出现在2021年。IBM当时发布了全球首颗2纳米制程的芯片。根据官方资料介绍，IBM的这颗2纳米制程芯片是将大约500亿晶体管放在一片指甲盖大小的芯片上，与7纳米制程的芯片相比，其运算速度将快45%，效率则将提高75%。但业内普遍认为IBM作为研究机构，尚不具备量产的能力，2纳米制程芯片从实验室到量产，还需要一段时间。

在芯片制程尺寸不断缩小的过程中，芯片厂商需要解决的问题更多，例如漏电。在台积电为2纳米芯片设计的技术方案中，首次用上了GAAFET架构。GAAFET架构全称全包围栅场效应晶体管，与突破14纳米制程以下沿用的FinFET架构不同，GAAFET利用栅电极覆盖电流通道的四个侧面，而非传统的三个，能够让晶体管继续缩小下去而不漏电，从而允许在降低运行功率的情况下显着提高性能。

类似具有里程碑意义的方案还包括 晶圆背面供电。较于传统正面供电，这项技术能够降低电压降，从而减少功耗，显著提升芯片性能的表现。

此前，三星已经在其3纳米制程上采用了上述两项技术方案，英特尔也在持续跟进。多位产业人士表示，从2纳米开始，GAAFET与背部供电将会成为行业标配。

长期关注半导体制程工艺的全德学投资总监方亮向界面新闻介绍，每一代制程在内部大致分研发与量产两个阶段。芯片厂首先在实验室不计代价地投入制造出少量的晶圆，紧接着掌握技术、提升良率至30%~40%；然后量产部门就会接手，依次进行风险试产、小规模量产，再到大规模量产，不断推高良率并提升产能。等到芯片良率达到60%~70%左右，就可以基本保证“商业化阶段凑活够用”。

当一家芯片厂商在某代制程芯片上可以保持80%以上的良率，月产能攀升至10万片，它就基本能在这一代先进制程工艺上站稳脚跟。

同时，为保持足够快的迭代节奏，芯片厂商会保持 “量产一代、研发一代、储备一代” 的工作流程。

据“财经十一人”此前报道，台积电一般会有三个团队，同步开展三代制程的研究。一个团队从事3纳米制程的研发和良率的提升，一个团队从事2纳米制程的研发，还有一个团队会进行1.5纳米制程路径的研发。3纳米制程量产后，3纳米制程的团队就会跳到1.5纳米的团队加入研发，1.5纳米的团队就跳往下一代更小制程的路径研发，如此滚动接力。因此外界看来每两年推出一代先进制程的周期，内部布局常常有五六年之久。

按照三星、台积电、英特尔三家已经公布的时间表， 2纳米将在2025年实现量产，而该年被行业视作一道分水岭。 随着芯片尺寸越做越小，每一代制程的成本投入更大，性能提升的幅度反而更小。

摩尔定律的提出者、已故的英特尔创始人戈登·摩尔曾预测摩尔定律的极限将于2025年左右到来，台积电创始人张忠谋也持有同一观点。

巨头站位之争

TrendForce集邦咨询分析师乔安接受采访分析称，目前观察各家2纳米芯片的客户状况来看，以台积电最为积极，已有超过10家客户导入研发；三星的2纳米基础仍建立在其3纳米制程技术上，需要持续观察良率改善情况；英特尔独立对外部客户的服务则主要集中在Intel 18A制程上。她判断，预计要到2026年才会看到各家2纳米产品出现在市面上。

芯片制程的迭代已经形成了一个涉及多个行业参与者、技术和市场动态的成熟生态系统，其中不仅包括台积电、三星等半导体制造商，还包括英伟达、AMD等设计和IP公司，像苹果、联发科、高通智能终端客户经常需要参与共同开发。

专注于科技行业的国际研究机构Omdia的半导体研究总监何晖告诉记者，台积电这一类成熟的芯片制造厂商一直都是 保持相对固定的迭代模式，某一代制程芯片实现量产了，同年就会对外公布下一代的目标，包括制程工艺与量产时间。

何晖判断，80%的良率是台积电大规模量产的基本标准，而像其内部成熟的技术工艺，如5纳米，良率应该已经超过95%，大规模量产就已经可以持续盈利。

作为全球排名第一的芯片制造厂商，无论从技术成熟度，还是从生产能力与规模而言，台积电都是该领域碾压对手的霸主。半导体行业长期又是一个头部效应极度明显的市场格局，“老大吃肉，老二喝汤，老三挨饿”是常态。

在冲击2纳米的赛道上，台积电同样已经领先竞争对手多个身位 ，以最近的上一代3纳米制程最为典型，台积电目前被普遍认为是市场上唯一的胜利者。

此前与台积电激烈竞争3纳米的对手主要是三星。2022年6月，三星宣布推出的3纳米制程工艺，领先台积电近6个月，但之后便陆续被媒体曝出深陷良率黑洞，无法满足客户要求。

有行业人士对记者分析，三星虽然在7纳米、5纳米及3纳米上紧咬台积电，但从客户的选择来看，主要是作为台积电的“二供”。据TrendFoce研报此前透露，高通将选择台积电、三星作为最新一代骁龙处理器3纳米芯片的“双供应商”，但最终又因良率问题放弃，全面转投台积电。目前，三星3纳米芯片在业内并未传出有大客户买单。

与之形成鲜明对比，台积电从2022年12月推出3纳米制程后，良率与产能稳步爬坡，接连拿下苹果、高通、联发科等大客户订单，3纳米芯片产量正在开始逐步增加，目标要在2024年下半年实现80%产能利用率。

目前市场上以苹果为代表的智能手机厂商是采用3纳米制程的主要客户，安卓机厂商会在其后陆续发布相应的产品。

2025年是3纳米制程的普及之年，智能手机CPU SoC芯片 （系统级芯片） 将会是最主要的应用。据台媒Wccftech报道，台积电已经打算在2024年将3纳米月产能提高至10万片，同时专注于进一步提高良品率。同时，三星也在尽全力提升良率、争取用户。

三家之中，英特尔在芯片制造领域长年缺少存在感。

根据TrendForce历年统计的全球十大晶圆代工厂，台积电稳定以60%上下的市场份额稳居第一，三星约占10%排第二，英特尔仅在2023年第三季度首次入选，份额只有1%，下一季度又被其他厂商超越。

但也有行业人士对记者表示，英特尔今年一季度开始内部重组，将设计与制造彻底分开，将晶圆代工业务独立且自负盈亏是其一项重要改革。另值得关注的是， ASML今年生产的High-NA EUV光刻机，英特尔是业内第一家拿到首批6台的客户 ，这一系列动作都可以解读出这家老牌芯片巨头“壮士断腕”、发力2纳米的决心。

当前市场对先进制程芯片的需求只增不减。随着AI热潮的爆发，英伟达数据中心GPU芯片在全球抢购成风，虽然相比于智能手机SoC芯片，数据中心芯片对于先进制程的需求较为保守，英伟达GTC大会上发布的最先进B200芯片使用的仍是台积电的4纳米方案，但随着算力需求快速膨胀，其在不久之后势必会将先进制程芯片总量推向一个前所未有的量级，先进制程芯片的产能仍是各家争抢的目标。

台积电董事长刘德音最近在IEEE网站上署名发表文章，把半导体行业过去50年缩小芯片尺寸的努力比作“在隧道中行走”。如今距离摩尔定律的极限越来越近，行业已经走到隧道的尽头，半导体技术将变得更加难以发展，2纳米将会是芯片巨头抢滩的关键一战。

本文来自： 界面新闻 ，作者：李彪，编辑：文姝琪