界面新闻编辑 | 文姝琪
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，可将天下上最前辈的芯片制程从3纳米进一步缩小至2纳米。它的涌现也打响了半导体厂商量产2纳米芯片的第一枪。
作为环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日宣布，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，估量台积电宝山P1、P2及高雄三座前辈制程晶圆厂均于2025年量产，吸引苹果、英伟达、AMD及高通等客户争抢产能。
虽然台积电回答媒体称不揭橥评论，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。台积电正按方案韶光表准期于今年开启2纳米芯片的生产。
除台积电外，2纳米赛道上也涌现了三星、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。根据韩国媒体ZDNet宣布，三星已关照客户和互助伙伴，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”。从前靠制造芯片创业，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，前辈制程芯片险些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操持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、但业内常日将其与对手的2纳米进行横向比拟）、及更前辈的未来制程路线图，且intel 18A方案的量产韶光与两大对手附近，2024年下半年准备就绪量产，2025年会推出基于18A的产品。
间隔台积电、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。面对台积电环球第一大芯片代工厂的领先地位，三星、英特尔都不谋而合地将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年建玉成球第二大代工厂。
2纳米变成新沙场
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。大众所知的几纳米常日指代晶体管的尺寸，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纳米最早涌如今2021年。IBM当时发布了环球首颗2纳米制程的芯片。根据官方资料先容，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纳米制程的芯片比较，其运算速率将快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，还须要一段韶光。
在芯片制程尺寸不断缩小的过程中，芯片厂商须要办理的问题更多，例如泄电。在台积电为2纳米芯片设计的技能方案中，首次用上了GAAFET架构。GAAFET架构全称全包围栅场效应晶体管，与打破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利道的四个侧面，而非传统的三个，能够让晶体管连续缩小下去而不泄电，从而许可在降落运行功率的情形下显著提高性能。
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，这项技能能够降落电压降，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纳米制程上采取了上述两项技能方案，英特尔也在持续跟进。多位家当人士表示，从2纳米开始，GAAFET与背部供电将会成为行业标配。
长期关注半导系统编制程工艺的全德学投资总监方亮向界面新闻先容，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，紧接着节制技能、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%旁边，就可以基本担保“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前辈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”的事情流程。
据《财经十一人》此前宣布，台积电一样平常会有三个团队，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前辈制程的周期，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韶光表，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，每一代制程的本钱投入更大，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年旁边到来，台积电创始人张忠谋也持有同一不雅观点。
巨子站位之争
TrendForce集邦咨询剖析师乔安接管采访剖析称，目前不雅观察各家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纳米根本仍建立在其3纳米制程技能上，须要持续不雅观察良率改进情形；英特尔独立对外部客户的做事则紧张集中在Intel 18A制程上。她判断，估量要到2026年才会看到各家2纳米产品涌如今市情上。
芯片制程的迭代已经形成了一个涉及多个行业参与者、技能和市场动态的成熟生态系统，个中不仅包括台积电、三星等半导系统编制造商，还包括英伟达、AMD等设计和IP公司，像苹果、联发科、高通智能终端客户常常须要参与共同开拓。
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见告，台积电这一类成熟的芯片制造厂商一贯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韶光。
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能工艺，如5纳米，良率该当已经超过95%，大规模量产就已经可以持续盈利。
作为环球排名第一的芯片制造厂商，无论从技能成熟度，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，老三受饿”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纳米制程最为范例，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纳米的对手紧张是三星。2022年6月，三星宣告推出的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，无法知足客户哀求。
有行业人士对剖析，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，紧张是作为台积电的“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”，但终极又因良率问题放弃，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。
与之形成光鲜比拟，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好手机厂商是采取3纳米制程的紧张客户，安卓机厂商会在其后陆续发布相应的产品。
2025年是3纳米制程的遍及之年，智好手机CPU SoC芯片（系统级芯片）将会是最紧张的运用。据台媒Wccftech宣布，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短缺存在感。
根据TrendForce历年统计的环球十大晶圆代工厂，台积电稳定以60%高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大盈亏是其一项主要改革。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子“壮士断腕”、发力2纳米的决心。
当前市场对前辈制程芯片的需求只增不减。随着AI热潮的爆发，英伟达数据中央GPU芯片在环球抢购成风，虽然比较于智好手机SoC芯片，数据中央芯片对付前辈制程的需求较为守旧，英伟达GTC大会上发布的最前辈B200芯片利用的仍是台积电的4纳米方案，但随着算力需求快速膨胀，其不久之后势必会将前辈制程芯片总量推向一个前所未有的量级，前辈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网站上署名揭橥文章，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”。如今间隔摩尔定律的极限越来越近，行业已经走到隧道的尽头，半导体技能将变得更加难以发展，2纳米将会是芯片巨子抢滩的关键一战。
