明年繼續(xù)是3nm的高光時(shí)代，2024到2025年則是2nm工藝量產(chǎn)

如今的半導(dǎo)體芯片工藝制程越來越先進(jìn)了，今年三星量產(chǎn)了3nm工藝，臺(tái)積電的3nm也蓄勢(shì)待發(fā)，明年就會(huì)是3nm的高光時(shí)代，2024到2025年則是2nm工藝量產(chǎn)。

我們知道，先進(jìn)工藝生產(chǎn)出來的芯片性能更強(qiáng)大，能效也更好，但這也不是沒有代價(jià)的，最大的麻煩就是燒錢，不僅是3nm、2nm工廠建設(shè)需要200億美元以上的資金，哪怕是AMD、NVIDIA、蘋果、高通這樣的芯片設(shè)計(jì)公司，開發(fā)一款芯片的成本也會(huì)越來越高。

在前不久的IEDM會(huì)議上，Marvell公司公布了一些數(shù)據(jù)，援引IBS機(jī)構(gòu)分析了各個(gè)工藝下芯片開發(fā)成本，其中28nm工藝只要4280萬美元，22nm工藝需要6300萬美元，16nm工藝需要8960萬美元。后面的先進(jìn)工藝開發(fā)成本就直線上漲，7nm需要2.486億美元，5nm需要4.487億美元，3nm需要5.811億美元，而2nm工藝需要的開發(fā)資金是7.248億美元，人民幣約合50億。

也就是說，如果某家公司想要自己搞一款先進(jìn)工藝芯片，比如2nm處理器，不說設(shè)計(jì)周期要幾年時(shí)間，光是投入的資金就得50億元。這還不算生產(chǎn)的費(fèi)用，2nm代工價(jià)格現(xiàn)在還沒有，但是3nm工藝就要2萬美元以上了，漲價(jià)25%。照這樣發(fā)展下去，未來2nm的CPU及顯卡就算能做出來，成本也會(huì)一路上漲，在這個(gè)方向上已經(jīng)沒有退路了。

日本半導(dǎo)體公司Rapidus最近與比利時(shí)的IMEC合作備忘錄顯示，該公司正推進(jìn)先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)，Rapidus計(jì)劃到2025年量產(chǎn)2納米半導(dǎo)體，到2027年量產(chǎn)2納米改良后的超精細(xì)工藝半導(dǎo)體。據(jù)悉，Rapidus是一家由日本八大企業(yè)聯(lián)合投資成立的公司，包括豐田、索尼、Kioxia、NTT、Denso、NFC、三菱和軟銀。

臺(tái)積電在2022年技術(shù)論壇上正式公布了3nm及2nm工藝的路線圖，其中2nm工藝會(huì)使用GAA晶體管，技術(shù)進(jìn)步非常大，但是晶體管密度提升有限，只有10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到正常摩爾定律迭代的要求。

對(duì)于這個(gè)問題，在昨天的臺(tái)積電財(cái)報(bào)會(huì)上，聯(lián)席CEO劉德音也回應(yīng)了2nm晶體管密度的問題，他指出2nm工藝不僅僅意味著芯片密度，其同時(shí)還包括新的電源線結(jié)構(gòu)、新的小芯片技術(shù)，以允許我們的客戶進(jìn)行更多的架構(gòu)創(chuàng)新。

目前臺(tái)積電客戶的核心需求在于電源效率，為了滿足客戶需求同時(shí)控制成本，臺(tái)積電限制了2nm的整體密度。

從臺(tái)積電的回應(yīng)來看，2nm晶體管密度提升不大是他們刻意為之，一方面是使用的新技術(shù)更偏向節(jié)能，另一方面則是客戶的需要，要降低成本。

考慮到3nm工藝都有5個(gè)衍生版本，臺(tái)積電的2nm工藝未來肯定也會(huì)有多個(gè)版本，晶體管密度提升的版本應(yīng)該也會(huì)有的。

據(jù)臺(tái)灣聯(lián)合報(bào)報(bào)道，臺(tái)積電今天在它舉辦的北美技術(shù)論壇上公布了2nm制程工藝。按照臺(tái)積電的說法，和3nm相比，相同功耗下，2nm速度要快10~15%;相同速度下，功耗則要低25~30%。

坦率說，目前3nm尚未正式商用，普通消費(fèi)者能體驗(yàn)到最先進(jìn)制程還是4nm。2nm距離我們還是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的，臺(tái)積電表示，2nm工藝將于2025年量產(chǎn)。按照之前的經(jīng)驗(yàn)推斷，用上2nm的手機(jī)可能都到iPhone 17了。

說實(shí)話，現(xiàn)在工藝制程的推進(jìn)速度不是特別理想。據(jù)最新曝光消息，蘋果秋季要上線的A16芯片用的是4nm增強(qiáng)版工藝，而不是之前大家期盼的3nm。

安卓陣營來說的話，工藝制程的進(jìn)步，并沒有真正解決頂級(jí)旗艦芯片的發(fā)熱問題，甚至導(dǎo)致實(shí)際峰值性能持續(xù)時(shí)間非常短，綜合體驗(yàn)不如幾年前的老款旗艦芯片。

但即便如此，大環(huán)境下，相比于工藝進(jìn)步不明顯這種“小問題”，可能缺芯才是最大問題。除了手機(jī)，汽車等行業(yè)對(duì)芯片的需求量同樣非常高，只是這些芯片對(duì)工藝制程要求不高，廠商更注重的還是可靠性、產(chǎn)量、價(jià)格等。

臺(tái)積電作為芯片代工行業(yè)里頭部的頭部，技術(shù)先進(jìn)性自然是毋庸置疑的。只是，作為探路者，在先進(jìn)制程突破上暫時(shí)遇到挫折也是很正常的。同時(shí)，臺(tái)積電每年的凈利潤數(shù)字都很驚人，但在先進(jìn)制程上的投資規(guī)模也相當(dāng)龐大。對(duì)臺(tái)積電來說，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高投資高回報(bào)的良性循環(huán)。

今天凌晨舉行的臺(tái)積電北美技術(shù)論壇上，臺(tái)積電(TSMC)正式公布未來先進(jìn)制程路線圖。

其中，臺(tái)積電3nm(N3)工藝將于2022年內(nèi)量產(chǎn)，而臺(tái)積電首度推出采用納米片晶體管(GAAFET)架構(gòu)的2nm(N2)制程工藝，將于2025年量產(chǎn)。

臺(tái)積電總裁魏哲家在線上論壇表示，身處快速變動(dòng)、高速成長的數(shù)字世界，對(duì)于運(yùn)算能力與能源效率的需求較以往更快速增加，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開啟前所未有的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。值此令人興奮的轉(zhuǎn)型與成長之際，臺(tái)積電在技術(shù)論壇揭示的創(chuàng)新成果彰顯了臺(tái)積電的技術(shù)領(lǐng)先地位，以及支持客戶的承諾。

與此同時(shí)，臺(tái)積電研發(fā)資深副總裁米玉杰(YJ Mii)在這場(chǎng)會(huì)議上宣布，臺(tái)積電會(huì)在2024年擁有光刻機(jī)巨頭ASML最先進(jìn)、最新的高數(shù)值孔徑極紫外光(high-NA EUV)曝光機(jī)微影設(shè)備，即第二代EUV光刻機(jī)?！爸饕糜诤献骰锇榈难芯磕康?.....針對(duì)客戶需求，開發(fā)相關(guān)基礎(chǔ)架構(gòu)與格式的解決方案，推動(dòng)創(chuàng)新。”