全球首款3nm芯片即將步入量產(chǎn)，初期良品率表現(xiàn)會(huì)比之前 5nm(N5)制程的初期更好

8月18日，臺(tái)積電(中國(guó))有限公司副總監(jiān)陳芳在2022年世界半導(dǎo)體大會(huì)上表示，N3(又稱3nm)芯片將在今年下半年量產(chǎn)，已經(jīng)對(duì)部分移動(dòng)和HPC(高性能計(jì)算)領(lǐng)域的客戶交付，如果有手機(jī)的客戶當(dāng)下采用3nm芯片，明年產(chǎn)品就能問世。

臺(tái)積電已經(jīng)占據(jù)了全球一半以上的芯片產(chǎn)能，尤其在14nm及以下的先進(jìn)芯片領(lǐng)域。目前唯一能與臺(tái)積電在先進(jìn)技術(shù)上競(jìng)爭(zhēng)的是三星電子。根據(jù)彭博社報(bào)道，三星電子也表示在今年下半年量產(chǎn)3nm芯片，但尚未有客戶交付的消息。

3nm技術(shù)已經(jīng)是全球半導(dǎo)體的“無人區(qū)”。按照臺(tái)積電技術(shù)路線圖，3nm芯片的上一代是5nm芯片，臺(tái)積電5nm芯片已在2020年量產(chǎn)。相較于5nm，3nm芯片的晶圓密度高出1.3倍，在相同速度下功耗降低30-35%，在相同功耗下速度提升15-20%。由于3nm具有顯著的速度和功耗提升，該公司發(fā)現(xiàn)很多來自移動(dòng)和HPC的客戶都在積極采用，該公司預(yù)計(jì)3nm的NTO(New Tape Out，指新產(chǎn)品流片)是同一時(shí)期5nm的兩倍。

根據(jù)臺(tái)積電提供的技術(shù)路線圖，在N3之后，該公司會(huì)繼續(xù)推出N3E、N3P、N3X三個(gè)版本，例如：N3E是N3芯片的加強(qiáng)版，也將為智能手機(jī)和HPC應(yīng)用提供完整的平臺(tái)支持。臺(tái)積電在今年二季度財(cái)報(bào)會(huì)上表示，N3E的客戶參與度很高，批量生產(chǎn)計(jì)劃將在N3之后的1年左右進(jìn)行，預(yù)計(jì)這三個(gè)版本會(huì)陸續(xù)在2025年之前進(jìn)入量產(chǎn)。

陳芳表示，3nm系列的創(chuàng)新主要在于這種工藝使用了FINFLEX技術(shù)，可以在提升密度的情況下維持速度和功耗的平衡。

臺(tái)積電2nm芯片也在規(guī)劃中，陳芳表示，相較于N3E，2nm元件在相同功耗下會(huì)有10%-15%速度提升，在相同速度下會(huì)有25%-30%的功耗降低，晶元密度高出1.1倍，2nm芯片預(yù)計(jì)在2025年進(jìn)入量產(chǎn)。

臺(tái)積電(中國(guó))有限公司技術(shù)總監(jiān)陳敏在會(huì)上表示，臺(tái)積電依然在加大全球化的生產(chǎn)布局。根據(jù)公開資料，3nm、2nm的生產(chǎn)位于中國(guó)臺(tái)灣的新竹和臺(tái)南地區(qū)?？傮w上看，臺(tái)積電7nm及以下的先進(jìn)制程芯片產(chǎn)能分布于中國(guó)臺(tái)灣和美國(guó)地區(qū)，相對(duì)成熟的芯片制程分布在中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)南京和日本地區(qū)。

產(chǎn)能擴(kuò)張的速度在加快，臺(tái)積電(南京)有限公司經(jīng)理蘇華表示，自2020年起臺(tái)積電每年新建工廠數(shù)量從2座增加為6座，其中不僅是先進(jìn)芯片，臺(tái)積電如今也在大力擴(kuò)充成熟芯片的產(chǎn)能。

半導(dǎo)體技術(shù)沿著摩爾定律向前演進(jìn)，臺(tái)積電正在投入的2nm代表著全球走在最前沿的芯片技術(shù)，但這并不意味著成熟芯片將會(huì)被淘汰。陳敏表示，在AI和5G的加持下，半導(dǎo)體被汽車、工業(yè)等更多行業(yè)海量使用，這些行業(yè)不只采用先進(jìn)芯片，對(duì)成熟芯片的需求也在增加。所以臺(tái)積電的策略是，持續(xù)研發(fā)最先進(jìn)的工藝，為客戶提供最先進(jìn)的芯片，同時(shí)也增加成熟制程芯片的投資。

陳敏表示，由于疫情、地緣政治影響，供應(yīng)鏈管理變得愈加重要，更多客戶通過調(diào)整庫(kù)存方式增加供應(yīng)鏈靈活度，但也需要在增加供應(yīng)鏈靈活度和增加成本之間取得一個(gè)平衡。而與供應(yīng)鏈齊心合作，也是臺(tái)積電一直以來成功的秘訣，臺(tái)積電的態(tài)度依然是和客戶建立長(zhǎng)期合作伙伴關(guān)系，這一點(diǎn)不會(huì)發(fā)生變化。

據(jù)供應(yīng)鏈消息，臺(tái)積電3nm制程的首家大客戶依然是蘋果，首波產(chǎn)能也全被蘋果包下，而英特爾等其他六家重量級(jí)大客戶將于2023、2024 年采用。臺(tái)系耗材業(yè)者普遍看好，以目前訂單狀況來看，對(duì)應(yīng)3nm制程的產(chǎn)品在第四季貢獻(xiàn)將更為顯著。

盡管市場(chǎng)頻頻傳出臺(tái)積電3nm制程擴(kuò)產(chǎn)延宕的消息，但臺(tái)積電多次重申一切按照計(jì)劃進(jìn)行中。據(jù)供應(yīng)鏈消息，臺(tái)積電3nm制程的首家大客戶依然是蘋果，首波產(chǎn)能也全被蘋果包下，而英特爾等其他六家重量級(jí)大客戶將于2023、2024 年采用。臺(tái)系耗材業(yè)者普遍看好，以目前訂單狀況來看，對(duì)應(yīng)3nm制程的產(chǎn)品在第四季貢獻(xiàn)將更為顯著。

隨著終端需求降溫、半導(dǎo)體庫(kù)存水位不斷飆升，產(chǎn)業(yè)景氣度開始下滑，外界也尤為關(guān)注晶圓代工龍頭大廠臺(tái)積電在先進(jìn)制程布局是否受到影響。據(jù)設(shè)備供應(yīng)鏈透露，臺(tái)積電N3(3nm)將如期在第三季度量產(chǎn)，初期月產(chǎn)能約5~6萬片，蘋果仍為首發(fā)客戶，現(xiàn)有兩顆晶片排定生產(chǎn)，有可能是M2系列處理器。

N3E部分，進(jìn)度也相當(dāng)順利，有機(jī)會(huì)在明年第二季量產(chǎn)，明、后年蘋果新iPhone所搭載的A17處理器、以及MAC產(chǎn)品線搭載的M2及M3系列處理器都將采用臺(tái)積電N3家族制程。其他大客戶也預(yù)計(jì)導(dǎo)入較具成本效益且能效更高的N3E制程。其中臺(tái)積電為英特爾代工的3nm產(chǎn)品將在明年下半年量產(chǎn)，而英偉達(dá)、AMD、高通、聯(lián)發(fā)科、博通等大客戶，也預(yù)計(jì)在明、后年陸續(xù)完成新芯片開案。

臺(tái)積電近年積極推動(dòng)供應(yīng)鏈在地化，不少臺(tái)系耗材廠商紛紛竄出頭角，包括中砂、家登、光洋科技、意德士、濾能都順利打入先進(jìn)制程供應(yīng)鏈且獲連續(xù)性采用，且合作范圍更一路推展到2nm世代。

以中砂為例，該公司同時(shí)供應(yīng)再生晶圓及鉆石碟產(chǎn)品，其中高規(guī)格鉆石碟新品，采特殊處理方式，可防止金屬污染，且研磨效率佳、穩(wěn)定性高，搭配前幾年投資與客戶相同的先進(jìn)化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)設(shè)備效益顯現(xiàn)，因此獲得大客戶連續(xù)性及擴(kuò)大采用。

此外，EUV(極紫外光)光刻技術(shù)已成先進(jìn)制程標(biāo)配，家登在EUV光罩盒市占率達(dá)七成，將持續(xù)受惠。業(yè)內(nèi)分析，臺(tái)積電從N7+制程開始導(dǎo)入EUV技術(shù)，跨入新一制程世代，每片晶圓所采用的EUV光罩層數(shù)也越來越多，5nm約12~14層，3nm更需要到20-24層，加上英特爾、頭部存儲(chǔ)大廠也陸續(xù)導(dǎo)入EUV制程，有望帶動(dòng)家登接單動(dòng)能續(xù)旺。

至于光洋科技，該公司與臺(tái)積電先進(jìn)制程的合作則從7nm開始，并取代美、日大廠，成為臺(tái)積3nm靶材供應(yīng)商。根據(jù)預(yù)計(jì)，該公司半導(dǎo)體前段客戶工繳營(yíng)收占比上半年約達(dá)6%，隨著大客戶先進(jìn)制程逐步放量，第四季有望提升到8~10%，明年下半年則進(jìn)一步提升至12~15%。

據(jù)中國(guó)臺(tái)灣《工商時(shí)報(bào)》報(bào)道，臺(tái)積電 3nm(N3)制程在完成技術(shù)研發(fā)及試產(chǎn)后，預(yù)計(jì)第三季下旬投片量開始大幅拉升，第四季月投片量將達(dá)上千片水準(zhǔn)，開始進(jìn)入量產(chǎn)階段。

半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者指出，以臺(tái)積電 N3 制程試產(chǎn)情況來看，預(yù)期 9 月進(jìn)入量產(chǎn)后，初期良品率表現(xiàn)會(huì)比之前 5nm(N5)制程的初期更好。

臺(tái)積電總裁兼聯(lián)合行政總裁魏哲家此前也表示過，臺(tái)積電的 N3 制程進(jìn)度符合預(yù)期，將在 2022 年下半年量產(chǎn)并具備良好良品率。在 HPC(高性能計(jì)算機(jī)群)和智能手機(jī)相關(guān)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，N3 制程 2023 年將穩(wěn)定量產(chǎn)，并于 2023 年上半年開始貢獻(xiàn)營(yíng)收。

同時(shí)，N3E(3nm 加強(qiáng)版)制程將作為臺(tái)積電 3nm 家族的延伸，其研發(fā)成果也優(yōu)于預(yù)期，具有更好的效能、功耗和良品率，將為智能手機(jī)和 HPC 相關(guān)應(yīng)用在 3nm 制程時(shí)代提供完整的支持平臺(tái)。N3E 制程將在 2023 年下半年進(jìn)入量產(chǎn)，蘋果及英特爾會(huì)是主要的兩大客戶。

IT之家了解到，7 月底三星就宣布了已經(jīng)量產(chǎn)了 3nm 工藝，是業(yè)界首家采用全環(huán)繞柵極晶體管架構(gòu)的半導(dǎo)體企業(yè)，但有專家透露，在采用 3nm 制程工藝代工時(shí)，三星電子當(dāng)前的主要任務(wù)仍是提高良品率。

據(jù)《工商時(shí)報(bào)》報(bào)道，臺(tái)積電 3nm 仍然采用了鰭式場(chǎng)效晶體管(FinFET)架構(gòu)，但 N3 制程已采用創(chuàng)新的 TSMC FINFLEX 技術(shù)，將 3nm 家族技術(shù)的 PPA(效能、功耗效率以及密度)進(jìn)一步提升，

同時(shí)臺(tái)積電在 2022 技術(shù)研討會(huì)上還表示，3nm 制程技術(shù)推出時(shí)，在 PPA 及晶體管技術(shù)上，都將會(huì)是業(yè)界最先進(jìn)的技術(shù)，有信心將 3nm 家族成為臺(tái)積電另一個(gè)大規(guī)模且有長(zhǎng)期需求的制程節(jié)點(diǎn)。