台积电冲刺2nm量产，2nm先进制程决战2025

电子发烧友网报道（文/李宁远）近日有消息称，台积电将组建2nm任务团冲刺2nm试产及量产。根据相关信息，这个任务编组同时编制宝山及高雄厂量产前研发（RDPC）团队人员，将成为协助宝山厂及高雄厂厂务人员接手试产及量产作业的种子团队，推动新竹宝山和高雄厂于 2024年同步南北试产、2025年量产。
 
从1971的10000nm制程到5nm，从5nm向3nm、2nm发展和演进，芯片制造领域制程工艺的角逐从来未曾停歇，到现在2nm芯片大战已经全面打响。
 
先进制程工艺演进，逼近物理极限
 
制程，是指特定的半导体制造工艺及其设计规则。芯片工艺中的nm单位，用于衡量芯片制造工艺中的线宽尺寸，不同的制程意味着不同的电路特性，芯片工艺的数字越小，表示线宽尺寸越小，芯片制造工艺越先进。
 
制程越小，器件尺寸才能更小，半导体集成度才能更高，也是区分不同半导体制造工艺换代的标志。一般来说，制程节点越小意味着晶体管越小速度越快、能耗表现越好。
 
从英特尔的第一颗CPU开始，芯片制程由10000nm开始以飞快的发展速度向更小的制程节点逼近，1977年芯片制程发展到3000nm，1987年发展到800nm。从1990年制程演进到600nm开始，先进制程的发展再一步提速，基本上每几年就会跃升到下一个更先进的制程节点。
 
2020年，5nm制程芯片（苹果A14）首次成功应用。而现在，随着半导体技术的飞速发展，先进制程的角逐已经围绕着5nm以下的工艺展开。
 
随着制程节点由5nm向3nm、2nm发展和演进，芯片制造的难度逐步逼近摩尔定律的物理极限，从制程进步中获得芯片性能提升的难度和成本越来越高。如今3nm战场方兴未艾，2nm的竞争已经全面打响。
 
2nm芯片到底能带来怎样的提升呢？根据2021年IBM在实验阶段制成的2nm芯片，其大小只有150mm²，而这颗芯片内部每平方毫米有着3.3亿个晶体管，整块芯片中可以安装500亿个晶体管。根据IBM的评估，2nm技术相较于7nm技术，性能方面将得到45%的提升，在同等性能下功耗能够减少75%。
 
先进制程给芯片带来的性能提升是很明显的，2nm芯片成功量产后无疑将再一次引发芯片行业的更新换代。不论是智能手机、电脑、可穿戴设备、还是自动驾驶、数据中心等等应用，这些领域一旦使用上2nm工艺的芯片，那么在性能方面将实现飞跃式发展，且能耗明显下降。
 
从更长远的角度看，2nm后还有更极限的先进制程，1nm制程、0.2nm制程将进一步逼近物理极限。
 
2nm先进制程现状与进展
 
高端芯片市场，从来不缺少竞争，5nm、3nm已经满足不了头部厂商对制程工艺的发展需求，2nm已经成为现在高端芯片制造商布局的重点。
 
近日台积电组建了2nm任务团冲刺2nm试产及量产，预计明年可实现风险性试产，2025年量产。此前台积电中科2nm厂延期，台积电直接将高雄厂切入2nm ，组建团队冲刺量产也是看到了目前2nm在人工智能风口下的商机。
 
苹果及英伟达等芯片大厂都对台积电2nm制程保持关注，此前黄仁勋曾表态，未来新一代服务器芯片将会全面采用台积电2nm制程。而其他竞争厂商也都于今年在2nm项目上摩拳擦掌。
 
台积电自然不会轻易让出在2nm的话语权，目前台积电2nm节点改用GAA纳米片晶体管架构，在N2的良率和性能上都取得了“扎实的进展”，并预计2025年投入生产时，在相同功率下速度将比N3E提高15%，或者在相同速度下功耗最多可降低30%。如果进展顺利，苹果和英伟达将成为台积电2nm的首批客户。
 
三星同样不甘示弱，在今年的第7届三星晶圆代工论坛上，三星官宣将于2025年实现应用在移动领域2nm工艺的量产，于2026和2027分别扩展到HPC及汽车电子。这不是三星首次对外公布2nm计划，此前三星半导体业务总裁Kyung Kye-hyun也曾公开表示，三星将在2nm工艺中赶超台积电成为客户的首选。
 
三星将2nm工艺视为超越台积电重返领先先进制程地位的关键。其中一个原因在于实现2nm芯片的GAA技术，三星积累的相当丰富。三星的3nm工艺上就已经采用了该技术，相比之下台积电转向GAA相对保守。
 
更成熟的GAA技术，给了三星超越台积电的信心，根据三星的评估，2nm工艺比目前的3nm工艺，面积将减少5%、性能提高12%、功效提高25%。
 
除了这两家在先进制程上常年占据头部的厂商，英特尔在2nm战场上同样跃跃欲试，与ARM携手研发能与台积电、三星2nm制程相媲美的工艺。根据相关消息，目前Intel 18A（1.8nm）和Intel 20A（2nm）制造工艺的开发已经完成，均计划于2024年量产。
 
在上市时间上，英特尔的18A和20A早于台积电和三星的2nm量产时间，根据英特尔的说法，不仅在进度上会领先，18A工艺的技术水平也会超过台积电和三星的2nm工艺。如果台积电和三星研发进度不及预期，英特尔进度正常，那么实现超车夺取2nm技术龙头的期望并不是不可能。
 
除了这三雄争霸，日本Rapidus也强势加入2nm战场，日本众多头部厂商合资的Rapidus正紧锣密鼓攻克2nm制程，意图在先进制程赛道上占得一席之地。
 
先进制程的角逐，2nm不会是终点
 
2nm芯片的大战，将在2025年各家2nm芯片量产后进入白热化。从技术储备上来看，各家的量产实力都是毋庸置疑的，量产后的良率差异也只能到时见分晓。
 
而先进制程上的竞争，并不会止步于2nm，在各家规划的2nm量产后路线，都还有各自的下一步布局。比如背面供电技术，台积电和三星均在制程路线上布局了该技术，该技术的应用将进一步提升功率和晶体管密度。
 
除此之外，1.4nm工艺的研发甚至1.4nm以下更先进制程技术的研发，也已经出现在规划上。巨头们先进制程的拉锯战，终点不会在2nm上，巨头们你来我往，在一个个节点的拉锯战上不断探索着摩尔定律的极限。
 
小结
 
2nm虽然将进一步革新芯片性能和功耗，但是其成本也是高昂的。相关数据显示，3nm芯片晶圆的价格超过2万美元/片，而2nm芯片晶圆的价格将会超过2.5万美元/片。高昂的代工费最终会由终端的消费者买单，市场接受度如何还很难说。