在2nn工藝制程的臺(tái)積決戰(zhàn)上，臺(tái)積電又一次跑到了前面。電拿定性

12月6日，下決據(jù)中國(guó)臺(tái)灣媒體《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，戰(zhàn)役臺(tái)積電已在新竹縣的臺(tái)積寶山工廠完成2nm制程晶圓的試生產(chǎn)工作。據(jù)悉，電拿定性此次試生產(chǎn)的下決良品率高達(dá)60%，大幅超越了公司內(nèi)部的戰(zhàn)役預(yù)期目標(biāo)。

值得一提的臺(tái)積是，按照臺(tái)積電董事長(zhǎng)魏哲家曾在三季度法說(shuō)會(huì)上的電拿定性表態(tài)，2nm制程的下決市場(chǎng)需求巨大，客戶(hù)訂單未來(lái)可能會(huì)多于3nm制程。戰(zhàn)役

從目前已知信息來(lái)看，臺(tái)積臺(tái)積電已經(jīng)規(guī)劃了新竹、電拿定性高雄兩地的下決至少四座工廠用于2nm制程的生產(chǎn)，在滿產(chǎn)狀態(tài)下，四座工廠在2026年年初的2nm總產(chǎn)能將達(dá)12萬(wàn)片晶圓。

在三星工藝開(kāi)發(fā)受挫，英特爾代工業(yè)務(wù)前途未卜的背景下，臺(tái)積電在芯片代工行業(yè)中，已經(jīng)取得壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)。

01路線押對(duì)了

自芯片代工行業(yè)進(jìn)入先進(jìn)制程后，2nm的節(jié)點(diǎn)就被普遍認(rèn)為是“決戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)”。

它的特殊性在于，過(guò)去各家早已得心應(yīng)手的“FinFET架構(gòu)”在這個(gè)尺度下已經(jīng)開(kāi)始失效，CMOS器件與生俱來(lái)的“短溝道效應(yīng)”又一次被暴露出來(lái)。

這里需要補(bǔ)充一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：我們常說(shuō)的14nm、7nm工藝節(jié)點(diǎn)實(shí)際指的是晶體管導(dǎo)電溝道的長(zhǎng)度（由于溝道長(zhǎng)度不容易被觀測(cè)，業(yè)界通常用更加直觀且接近的柵極長(zhǎng)度代指工藝節(jié)點(diǎn)）。

CMOS器件功能越復(fù)雜，晶體管的密度就會(huì)越大，這就必然需要溝道長(zhǎng)度越來(lái)越小?？蓡?wèn)題是，隨著溝道長(zhǎng)度的縮短，溝道管中的源極和漏極的距離也會(huì)越來(lái)越短，因此柵極很難再保證對(duì)溝道的控制能力，也意味著柵極電壓夾斷溝道的難度變大，即產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的電流泄露。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，華人科學(xué)家胡正明在1999年提出了“鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管”架構(gòu)，也就是FinFET。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，柵門(mén)被設(shè)計(jì)成了類(lèi)似魚(yú)鰭狀的3D結(jié)構(gòu)，能夠讓晶體管溝道長(zhǎng)度減少的同時(shí)，大幅減少電流泄露的問(wèn)題。

FinFET架構(gòu)的出現(xiàn)，讓摩爾定律被續(xù)命將近20年，直到進(jìn)入5nm工藝制程后，該架構(gòu)也開(kāi)始逐漸失效。

由此，GAAFET架構(gòu)又被提出來(lái)。與前者相比，GAAFET架構(gòu)相當(dāng)于將柵極的鰭片旋轉(zhuǎn)90°，然后再在垂直方向上分成了多條鰭片，來(lái)增加其與溝道的接觸面積。

FinFET架構(gòu)與GAA架構(gòu)的區(qū)別，三星半導(dǎo)體代工論壇 

這條技術(shù)路線得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，但卻讓代工難度呈指數(shù)級(jí)上升。

因此，當(dāng)臺(tái)積電在開(kāi)發(fā)3nm工藝制程時(shí)，并沒(méi)有急于改用GAAFET架構(gòu)，而是繼續(xù)選擇在FinFET結(jié)構(gòu)上縫縫補(bǔ)補(bǔ)。應(yīng)該說(shuō)，臺(tái)積電的技術(shù)還是非常過(guò)硬的，從蘋(píng)果的A17芯片算起，過(guò)去兩年所有使用臺(tái)積電3nm工藝代工的芯片都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的發(fā)熱或是高功耗的問(wèn)題。

與此同時(shí)，由于FinFET工藝非常成熟，臺(tái)積電所有從事3nm代工的產(chǎn)線，其良率都能達(dá)到80%以上，甚至逼近90%。

相比于臺(tái)積電的保守，三星則選擇了“一步到位”，直接在3nm工藝節(jié)點(diǎn)上就改用GAAFET架構(gòu)。但由于開(kāi)發(fā)難度過(guò)大且時(shí)間緊迫，其3nm試生產(chǎn)的良率不足20%，根本無(wú)法滿足量產(chǎn)需求。

這也直接導(dǎo)致了，臺(tái)積電幾乎包攬了全球的3nm芯片產(chǎn)能，其三季度財(cái)報(bào)顯示，臺(tái)積電期內(nèi)的營(yíng)收達(dá)到235.04億美元，同比增長(zhǎng)36.27%；凈利潤(rùn)達(dá)到100.63億美元，同比增長(zhǎng)50.18%。

在3nm工藝代工賺得盤(pán)滿缽滿后，臺(tái)積電在2nm工藝上的開(kāi)發(fā)更加游刃有余。這也很好解釋了，為什么讓三星跌跟頭GAAFET架構(gòu)，臺(tái)積電在試生產(chǎn)時(shí)，甚至可以拿出優(yōu)于預(yù)期的表現(xiàn)。

02臺(tái)積電還有對(duì)手嗎？

按照臺(tái)積電此前公布的路線圖，在相同功耗下，采用N2工藝的芯片在性能上將比N3E（第二代3nm工藝）提升10%-15%。

雖然聽(tīng)起來(lái)提升有限，但臺(tái)積電也提到過(guò)，在相同性能下，N2工藝的芯片將比N3E功耗降低25%-30%，這對(duì)于消費(fèi)電子芯片廠商，尤其是SoC的設(shè)計(jì)廠商，吸引力無(wú)疑是巨大的。

不過(guò)，2nm工藝的代工價(jià)格大概率也會(huì)非常貴，而且是普通消費(fèi)者都能感知到的貴。

根據(jù)中國(guó)臺(tái)灣媒體的預(yù)測(cè)，臺(tái)積電2nm單片晶圓的代工價(jià)格可能會(huì)高達(dá)3萬(wàn)美元，相比之下，4nm工藝單片晶圓的價(jià)格為1.5萬(wàn)美元，3nm工藝單片晶圓的價(jià)格為1.85萬(wàn)美元。

這還沒(méi)有考慮到芯片設(shè)計(jì)廠商的研發(fā)及流片成本。過(guò)去在28nm時(shí)代，芯片研發(fā)費(fèi)用大概是5000萬(wàn)美元，推進(jìn)到16nm時(shí)則被提到到1億美元，再到5nm時(shí)，這項(xiàng)費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到5.5億美元。

預(yù)計(jì)2nm芯片的研發(fā)費(fèi)用，可能高達(dá)數(shù)十億美元?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，這些成本終將轉(zhuǎn)移到消費(fèi)者頭上。

2nm芯片的價(jià)格如此高昂，一方面是因?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)的成本都在上升，另一方面也是因?yàn)榕_(tái)積電在芯片代工行業(yè)中，已經(jīng)形成了事實(shí)上的壟斷。

僅在今年，臺(tái)積電便兩次提高其代工費(fèi)用，不僅是對(duì)3nm工藝制程，甚至早已成熟、成本理應(yīng)下降的5nm工藝制程的價(jià)格亦被提高4%-10%。

那么在進(jìn)入2nm工藝時(shí)代后，行業(yè)內(nèi)還有能掣肘臺(tái)積電的力量嗎？

三星電子方面，這家公司在3nm工藝制程上跌了個(gè)大跟頭后，立志要在2nm工藝制程上完成追趕。此前業(yè)內(nèi)就有傳聞稱(chēng)，三星電子已經(jīng)有暫停3nm工藝開(kāi)發(fā)，全力“All in”2nm工藝的打算。

考慮到其位于華城的S3產(chǎn)線，在還未正式量產(chǎn)3nm晶圓前，就開(kāi)始計(jì)劃將設(shè)備升級(jí)為2nm工藝的配套設(shè)備，這種說(shuō)法可能并非空穴來(lái)風(fēng)。

但按照三星電子的規(guī)劃，其2nm產(chǎn)能至少要到2027年才能量產(chǎn)。

另一邊的英特爾，雖然已經(jīng)完成18A工藝（等效2nm）的試生產(chǎn)工作，但被曝良率過(guò)低，且公司正處于動(dòng)蕩期，量產(chǎn)時(shí)間也是遙遙無(wú)期。

以此來(lái)看，在2nm工藝制程的開(kāi)發(fā)上，臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手目前仍難以望其項(xiàng)背，而對(duì)于下游廠商來(lái)說(shuō)，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，只能默默承受臺(tái)積電的加價(jià)。