台积电能赢吗？2nm芯片大年夜战剑拔弩张！三星英特尔拼了_工艺_积电

差不多一个月前，苹果 COO 杰夫·威廉姆斯 (Jeff Williams) 低调到访台积电，根据媒体宣布，此行就为一件事：

确保给到苹果的 2nm 产能。

没办法，台积电的产能实在太抢手了。
不管手机芯片厂商、PC 芯片厂商，还是 AI 芯片厂商都在争夺台积电「相对有限」的产能，以至于面对台积电的涨价也欣然接管，英伟达创始人兼 CEO 黄仁勋甚年夜公开力挺台积电涨价。

而后，台积电的市值一度冲上 1 万亿美元。

不过还好，还没有厂商能与苹果争夺台积电 2nm 的首发产能。
据供应链目前透露，作为台积电最大客户，苹果已经方案在明年的 M5 芯片上首发采取台积电 2nm 工艺。

就在本周，台积电将提前启动 2nm 的试产。
据工商时报援引业内人士宣布，台积电 2nm 制程将于本周试产，苹果 M5 芯片不仅拿下 2025 年首批产能外，也将率先导入下一代 3D 前辈封装工艺 SoIC（系统整合芯片）。

由于相对 AI 芯片采取的 CoWos 封装工艺更大略，以是预期 SoIC 封装工艺的产能将在明年扩大至少一倍，也便是每月 8 千片以上。

当然，2nm 不是台积电的独角戏，三星以及英特尔也都希望在这个节点缩短与台积电之间的差距，乃至实现超越。

图/三星

7 月 9 日，三星就在官网确认，日本人工智能公司 Preferred Networks（PFN）提前预订了三星 2nm 的产能，用光降盆旗下第二代 AI 芯片。
而英特尔这边，不仅准备了 20A（2nm）制程工艺，同期还有 18A（相称于 1.8nm）工艺。

但无论是台积电、三星还是英特尔，他们的最新操持都是操持在 2025 年投入量产，届时将是一场亘古未有的 2nm 大战。

苹果 M5 首发，还有 SoIC 全新封装工艺

在今年 5 月 23 日的一场论坛上，台积电工艺开拓副总经理张晓刚透露，目前 2nm 工艺开拓进展顺利，「按操持 2025 年旁边可实现量产。
」

在 2nm 工艺节点上，台积电的准备可谓全面。
首先是在晶体管架构上，台积电终于要在 2nm 工艺上采取全新的 GAA（Gate-All-Around）晶体管架构。
不同于传统的 FinFET 架构，这种技能能够在性能和功耗上实现显著提升。

关于 GAA 技能，雷科技在《3nm 的芯片战役，才刚刚开始》中有过比较详细的先容，个中就谈到：

打算性能最底层实在便是晶体管的「一开一关」，代表了二进制中的「0」和「1」，更底层是对晶体管内通道（又称沟道）的掌握能力。
FinFET 第一次将通道从横向转为竖向，而三星采取了宽通道（纳米片）的 GAAFET 技能，在单位面积内支持更多通道的掌握……

晶体管架构变迁，图/三星

总而言之，GAA 晶体管是大势所趋，不过不同于三星在 3nm 节点上就导入这种晶体管架构，台积电早早就定下在 2nm 节点导入的操持。

此外，台积电的 2nm 工艺还可能引入了背面供电技能，这种技能通过在芯片背面支配电源轨，减少了电源传输路径中的阻抗，提高了电源效率和旗子暗记完全性。
简言之，便是提高通过电源利用率，来提高芯片的能效。

但只管台积电此前表示，将在 2026 年将背面供电技能率先导入 N2P 工艺（台积电 2nm 的一个版本），最近却有宣布指出，N2P 仍将采取常规供电电路。

不过可以肯定的是，台积电 2nm 工艺的全系版本都将增加全新的 NanoFlex。

图/台积电

在今年 4 月的北美峰会上，台积电专门提到了 NanoFlex 技能，并表示 NanoFlex 将使芯片设计职员能够在同一块设计中稠浊和匹配来自不同库（高性能、低功耗、面积高效）的单元，从而使设计职员能够微调其芯片设计，以优化性能、功率和面积（PPA）。

其余根据台积电官方先容，台积电 2nm 将于 2025 年下半年开始量产。
而与 N3E 节点（台积电第二代 3nm 工艺）比较，N2 工艺在相同功耗下的性能提升了 10%到 15%，在相同性能下功耗降落了 25%到 30%。

这些改进使得 2nm 工艺能够在高性能打算和移动设备中发挥关键浸染，不管是智好手机、PC，还是红得发紫的 AI 芯片都将受益于这种技能提升，实现更强的算力和更低的功耗。

台积电工艺路线图，图/台积电

但还不但如此，台积电的 2nm 制程工艺还配套全新一代的封装工艺。

除了在晶体管架构和电源管理上的创新，台积电在 2nm 工艺中还引入了全新的 SoIC（System on Integrated Chips）封装技能。
SoIC 技能能够将多个芯片垂直堆叠在一起，通过硅通孔（TSV）实现高效的电气互连，形成紧密的三维构造。

与传统的封装办法比较，SoIC 技能不仅能够大幅提升芯片的集成度和功能密度，还能显著降落系统的功耗和延迟。

在此之前，台积电 CoWoS 封装工艺已经「征服」了英伟达、AMD 等大量芯片设计厂商的 AI 芯片，让他们离不开台积电。
在最新一代的 MI300 AI 芯片上，AMD 还率先采取 SoIC+CoWoS 的封装方案。

MI300，图/ AMD

但在 AMD 之后，苹果 M5 系列可能是最先大规模采取 SoIC 封装工艺的产品。

同时作为台积电最大的客户，苹果也不虞外是台积电 2nm 工艺的首发客户。
按照目前流出的信息，M5 处理器将集成更多的核心、更高的频率和更强大的图形处理能力，进一步提升苹果设备的性能和用户体验。

三星紧追不放

在 2nm 工艺的竞争中，三星依然对台积电紧追不放。

在 3nm 工艺节点上，三星的表现并不尽如人意，第一代 3nm 工艺（SF3E）紧张用于加密货币矿机芯片，始终没能在更广泛的市场上——比如手机、PC、HPC 等领域取获胜利。

三星在 3nm 工艺上的失落败紧张归因于良率问题和性能未达预期，这导致许多客户转向竞争对手。
所以为了应对这些寻衅，三星声称在今年的第二代 3nm 工艺（SF3）中下「足了功夫」，个中之一是：

改名为「2nm 工艺」。

此前，Digitimes、ZDNet Korea 援引不同源指出，三星已经向客户和互助伙伴关照「第二代 3nm 工艺」更名为「2nm 工艺」，有业内人士还表示收到了三星关于更名的关照，还须要重新签订条约。

这不是三星第一次更名制造工艺了。
2020 年，在从 7nm 过渡到 5nm 工艺时，三星就曾将「第二代 7nm 工艺」更名为「5nm 工艺」。

不过真的假不了，假的真不了，三星真正的 2nm 工艺（SF2）操持于 2025 年投入量产。

三星工艺路线图，图/三星

在 6 月举办的 VLSI 技能研讨会（全称「超大规模集成电路国际研讨会」）上，三星就先容了其采取 GAA 晶体管技能的第三代工艺——SF2，也是三星真正的 2nm 工艺。

按照三星的先容，SF2 将通过引入独特的外延和集成工艺，「从而最大程度地提高栅极环抱上风，战胜了产品增益与缩放和 GAA 构造冲突的问题。
」详细到数据上，这将使其能够将晶体管性能提高 11-46%，与未指定的基于 FinFET 的工艺技能比较，可变性降落 26%，同时将泄露降落约 50%。

值得一提的是，SF2 可能也是三星第一个引入背面供电技能的节点。
据悉，三星已在两款 ARM 芯片上测试了 BS-PDN 技能，结果芯片尺寸分别缩小了 10%和 19%，性能和效率最高提升了 9%。

图/三星

此外，三星在第一代 3nm 工艺中就率先引入了 GAA 技能，这种技能上的重大切换，在一定程度上影响了三星在 3nm 的良率表现。
不过反过来，这也让三星更早理解和解决导入 GAA 技能带来的寻衅。

这种上风，或许将使得三星能够在高性能打算、移动设备和其他须要高效能的运用处景中抢占先机。

为了做到这一点，三星不仅在技能研发上加大投入，还与超过 50 家知识产权（IP）互助伙伴互助，持有 4000 多项 IP，试图构建了一个强大的 2nm 生态系统。
包括今年早些时候与 Arm 签署了一项协议，核心便是共同优化 Cortex-X 和 Cortex-A 内核，以适应三星的全栅极晶体牵制造技能。

广泛地互助，也有助于三星在 2nm 工艺上取得更大的市场份额。

图/三星

至少在本月，三星将原来台积电的客户——日本人工智能公司 PFN 抢了过来，匆匆成了三星第一份公开的 2nm 芯片代工订单。

同时，高通也是三星可以争取的大客户。
今年 2 月有传出，高串通时向三星和台积电委托了 2nm 芯片的开拓和试产，至少解释了骁龙 8 Gen 5 还没有花落谁家。

英特尔能否后来居上？

当然的，作为半导体行业的老牌劲旅，英特尔在 2nm 节点上的布局同样不容小觑。
英特尔的 2nm 工艺节点被称为 20A，原来估量将在 2024 年下半年开始量产，但目前也推迟到了 2025 年。

在 20A 工艺上，英特尔也将首发导入自己的背面供电技能（PowerVia）以及 GAA 晶体管架构（RibbonFET），以进一步优化性能和能效。
以及通过 Foveros 和 EMIB 等前辈封装技能，来提升芯片的集成度和性能。

不过英特尔的 20A 工艺，更多还是面向内部的芯片设计部门，也更像是初期版本。
真正对外的「2nm 节点」，实在是「四年五代工艺」原操持的终点——英特尔 18A，比如微软就官宣将在未来基于英特尔 18A 工艺制造自研芯片，包括英特尔自家的 Clearwater Forest 也是基于 18A 工艺。

四年五代工艺，图/英特尔

此外，从 20A、18A 开始，英特尔还将采取被台积电 CEO 魏哲家惊呼「很好但太贵」的 High NA EUV 光刻机。

至于英特尔能不能实现「四年五代工艺」的工程奇迹，乃至重回芯片代工天下的顶峰，还是要看届时的落地情形。

写在末了

最近几年，很多人开始越来越重视芯片这个「幕后英雄」，也连带重视起了芯片制造这个关键环节。

毫无疑问，2nm 工艺节点的到来，标志着半导系统编制造技能的又一次重大飞跃。
台积电、三星和英特尔三大代工厂在这一节点上的竞争，将对未来的高性能打算和移动设备市场产生深远影响。

至于对工艺演进逼近物理极限的担忧，我还是更乐意相信台积电创始人张忠谋的那句：「柳暗花明又一村落。
」

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