屬于2nm的時(shí)代，又將誰執(zhí)牛耳？

一直以來，業(yè)界普遍認(rèn)為3nm是摩爾定律的物理極限，也是芯片制程工藝領(lǐng)域的珠穆朗瑪峰。

為了突破芯片性能的天花板，并將摩爾定律延續(xù)下去，越來越多的芯片制造商不惜豪擲千金，持續(xù)加碼高精度芯片工藝，試圖在先進(jìn)工藝制程的研發(fā)上搶占新一輪的最高頂點(diǎn)。

最近，臺(tái)積電扔出了“新王炸”。

在6月16日的北美技術(shù)論壇上，臺(tái)積電官宣了2nm制程的落子時(shí)間，預(yù)計(jì)將在2025年進(jìn)入量產(chǎn)。與此前的3nm制程相比，新推出的2nm制程將在速度上加快15％，功耗也將降低30％左右，兩代技術(shù)相比，效能提升明顯。

前幾年，臺(tái)積電和三星電子為了3nm工藝制程的量產(chǎn)明爭(zhēng)暗斗，沒想到一晃眼，已經(jīng)到了2nm制程量產(chǎn)角逐的關(guān)鍵階段。

目前，明確提出2nm量產(chǎn)計(jì)劃的晶圓代工廠也只有臺(tái)積電和三星電子，雖然暗地里“韜光養(yǎng)晦”的IBM已研發(fā)出2nm制程芯片，但目前依舊停留在實(shí)驗(yàn)室階段，量產(chǎn)上市還需要幾年時(shí)間。

01 決戰(zhàn)制程之巔

兩個(gè)新聞，相隔只有24小時(shí)。

6月15日，《日經(jīng)亞洲評(píng)論》爆出日本將與美國(guó)攜手研發(fā)2nm制程芯片的新聞，根據(jù)兩國(guó)簽訂的芯片雙邊協(xié)議，最早將在2025年建成日本本土的2nm芯片制造基地，為下一代先進(jìn)制程的量產(chǎn)和商用化競(jìng)爭(zhēng)提前謀局，不排除組建新芯片公司的可能性。

這一消息，如果和16日臺(tái)積電官宣2nm制程的新聞放在一起，很多細(xì)節(jié)其實(shí)頗讓人玩味的。

最近發(fā)生的幾個(gè)標(biāo)志性事件，堪稱芯片制程新格局的一面鏡子，摩爾定律進(jìn)入下半場(chǎng)多年，如今終于到了2nm制程量產(chǎn)的新階段，在這個(gè)全新的工藝階段，無論是來自歐美的老牌玩家，還是日韓與中國(guó)臺(tái)灣的芯片巨頭，都在為2nm的量產(chǎn)集體發(fā)力——

就在過去的2021年，美國(guó)的半導(dǎo)體霸主IBM已宣布實(shí)現(xiàn)2nm工藝的突破，或能在每平方毫米的芯片上集成3．33億個(gè)晶體管，同時(shí)也將2024年的量產(chǎn)計(jì)劃提上了日程。

臺(tái)積電在先進(jìn)制程的反應(yīng)速度上，一直領(lǐng)先于對(duì)手。

就拿2nm工藝來說，其實(shí)臺(tái)積電早在2020年就官宣了研發(fā)消息，公開信息顯示，該公司2nm制程的芯片生產(chǎn)基地依舊選址在臺(tái)灣新竹，那里是臺(tái)積電先進(jìn)制程的研發(fā)橋頭堡，有6座晶圓工廠以及4座封測(cè)工廠。臺(tái)積電為2nm制程的研發(fā)單獨(dú)設(shè)立了新竹工廠，擁有約8000名芯片工程師，且工廠內(nèi)部的所有設(shè)施都為2nm制程服務(wù)。

且有別于3nm與5nm采用的鰭式場(chǎng)效晶體管架構(gòu)（FinFET），臺(tái)積電最新的2nm轉(zhuǎn)為納米片的環(huán)繞柵極晶體管架構(gòu)（GAAFET），被公司內(nèi)部稱為Nanosheet，而3nm系列也將成為臺(tái)積電FinFET的最后一批制程應(yīng)用。

在16日的技術(shù)論壇上，臺(tái)積電用N2制造來代表即將量產(chǎn)的2nm工藝，根據(jù)總裁魏哲家透公布的最新路線圖，第一代3nm（N3）已確定將于今年下半年量產(chǎn)，后續(xù)還有N3E、N3P和N3X，直到2025年左右過渡到2nm（N2）。

這意味著，在未來5－10年的時(shí)間里，日前公布的N2將成為臺(tái)積電最為先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)。且當(dāng)N2正式投入量產(chǎn)時(shí)，臺(tái)積電的N3還將持續(xù)升級(jí)為密度更高的N3S，N3的增強(qiáng)版本將在未來幾年靈活升級(jí)，適用于不同的產(chǎn)品和客戶。

《日經(jīng)亞洲》制作了一張臺(tái)積電制程節(jié)點(diǎn)的核心數(shù)據(jù)圖，N2能在相同功率和晶體管數(shù)量下將性能提升10％－15％，相同頻率和復(fù)雜度的情況下，功耗能降低25％－30％，和加強(qiáng)版的N3S直接對(duì)比，密度或?qū)⑻岣咧辽?．1倍。

02 三巨頭的新競(jìng)爭(zhēng)

過去十年，三星在7nm、5nm先進(jìn)制程工藝上都落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電，所以該公司對(duì)于3nm制程工藝可謂寄予厚望，迫切希望能通過3nm制程實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)積電的技術(shù)反超。

只是，制程之爭(zhēng)目前已來到2nm的關(guān)鍵角逐期，無論是量產(chǎn)，還是大家普遍關(guān)注的密度、良率以及功耗與性能，不知不覺已啟動(dòng)了新一輪征程。

但值得一提的是，雖然臺(tái)積電目前已超越英特爾和三星，成為全球市值最大的半導(dǎo)體公司，并穩(wěn)坐全球最大芯片代工廠的寶座，但其對(duì)于先進(jìn)制程的焦慮卻始終存在。

要知道，成立至今三十余年，臺(tái)積電在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都保持著對(duì)先進(jìn)制程的絕對(duì)領(lǐng)先，而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在大浪淘沙里逐漸分化，最大的敵人早已不是昔日的聯(lián)電，而是英特爾與三星。

如果一切順利，IBM的2nm制程工藝有望在2023年下半年開始風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，最快將在2024年進(jìn)入量產(chǎn)階段。

有意思的是，面對(duì)IBM和三星的制程野心，臺(tái)積電在大多數(shù)時(shí)候是坐不住的，就在2021年，IBM前腳才剛剛官宣2nm制程研發(fā)成功，臺(tái)積電后腳就在相關(guān)領(lǐng)域有了最新動(dòng)作，高調(diào)宣布與臺(tái)灣大學(xué)和麻省理工大學(xué)共同發(fā)表了研發(fā)成果，并反復(fù)強(qiáng)調(diào)自己能利用半金屬鉍（Bi）作為二維材料的接觸電極，在1nm以下制程方面取得了巨大突破。

英特爾退，臺(tái)積電三星進(jìn)——

這是最近十年芯片工藝制程的基本格局，就在2020年7月的一次財(cái)報(bào)電話會(huì)議，時(shí)任英特爾首席執(zhí)行官的司睿博（Bob Swan）被咄咄逼人的分析師們搞得焦頭爛額。面對(duì)華爾街精英們一連串的犀利問題，他吞吞吐吐，不得不用冰冷低沉的聲音回答：

“我們的晶圓廠，可能趕不上了。公司正考慮使用承包商來制造7nm芯片，不排除這樣的情況，如果需要使用其他公司的工藝技術(shù)，我們將提前為此做好準(zhǔn)備?！?/p>

那是英特爾的至暗時(shí)刻。產(chǎn)品拖延，技術(shù)落后，就連公司內(nèi)部的工程師們，也很難確保這些困難只是暫時(shí)的。

作為美國(guó)制造業(yè)的一顆明珠、乃至二十世紀(jì)美國(guó)資本神話的關(guān)鍵組成部分，輝煌時(shí)期的英特爾一度只生產(chǎn)技術(shù)最復(fù)雜、利潤(rùn)最高的部件，但時(shí)至今日，司睿博傳遞的信息不僅與公司傳統(tǒng)背道而馳，還讓外界對(duì)美國(guó)在高端制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位產(chǎn)生了懷疑。

就在司睿博掌舵的這三年，英特爾在產(chǎn)品和經(jīng)營(yíng)上接連遭受暴擊，特別是先進(jìn)制程多次延遲，設(shè)計(jì)和架構(gòu)方面問題頻出，被臺(tái)積電和三星等對(duì)手狠狠地甩在了后面。

屬于2nm的時(shí)代，又將誰執(zhí)牛耳？

2nm制程的競(jìng)爭(zhēng)還未進(jìn)入白熱化階段，美國(guó)那邊就坐不住了。既然英特爾一家公司獨(dú)木難支，且僅靠美國(guó)軍團(tuán)的力量很難追上臺(tái)積電和三星，那還不如拉攏日本一起攻堅(jiān)，爭(zhēng)取在2nm制程的研發(fā)和量產(chǎn)上追趕對(duì)手，實(shí)現(xiàn)新一輪的賽道超車。

只是，臺(tái)積電們也沒有原地踏步啊~