台积电扔出“新王炸”，美国和日本急了

作者丨北 岸

责编丨崔力文

编辑丨别 致

属于2nm的时代，又将谁执牛耳？

一直以来，业界普遍认为3nm是摩尔定律的物理极限，也是芯片制程工艺领域的珠穆朗玛峰。

为了突破芯片性能的天花板，并将摩尔定律延续下去，越来越多的芯片制造商不惜豪掷千金，持续加码高精度芯片工艺，试图在先进工艺制程的研发上抢占新一轮的最高顶点。

最近，台积电扔出了“新王炸”。

在6月16日的北美技术论坛上，台积电官宣了2nm制程的落子时间，预计将在2025年进入量产。与此前的3nm制程相比，新推出的2nm制程将在速度上加快15％，功耗也将降低30％左右，两代技术相比，效能提升明显。

前几年，台积电和三星电子为了3nm工艺制程的量产明争暗斗，没想到一晃眼，已经到了2nm制程量产角逐的关键阶段。

目前，明确提出2nm量产计划的晶圆代工厂也只有台积电和三星电子，虽然暗地里“韬光养晦”的IBM已研发出2nm制程芯片，但目前依旧停留在实验室阶段，量产上市还需要几年时间。

01决战制程之巅

两个新闻，相隔只有24小时。

6月15日，《日经亚洲评论》爆出日本将与美国携手研发2nm制程芯片的新闻，根据两国签订的芯片双边协议，最早将在2025年建成日本本土的2nm芯片制造基地，为下一代先进制程的量产和商用化竞争提前谋局，不排除组建新芯片公司的可能性。

这一消息，如果和16日台积电官宣2nm制程的新闻放在一起，很多细节其实颇让人玩味的。

最近发生的几个标志性事件，堪称芯片制程新格局的一面镜子，摩尔定律进入下半场多年，如今终于到了2nm制程量产的新阶段，在这个全新的工艺阶段，无论是来自欧美的老牌玩家，还是日韩与中国台湾的芯片巨头，都在为2nm的量产集体发力——

就在过去的2021年，美国的半导体霸主IBM已宣布实现2nm工艺的突破，或能在每平方毫米的芯片上集成3．33亿个晶体管，同时也将2024年的量产计划提上了日程。

台积电在先进制程的反应速度上，一直领先于对手。

就拿2nm工艺来说，其实台积电早在2020年就官宣了研发消息，公开信息显示，该公司2nm制程的芯片生产基地依旧选址在台湾新竹，那里是台积电先进制程的研发桥头堡，有6座晶圆工厂以及4座封测工厂。台积电为2nm制程的研发单独设立了新竹工厂，拥有约8000名芯片工程师，且工厂内部的所有设施都为2nm制程服务。

且有别于3nm与5nm采用的鳍式场效晶体管架构（FinFET），台积电最新的2nm转为纳米片的环绕栅极晶体管架构（GAAFET），被公司内部称为Nanosheet，而3nm系列也将成为台积电FinFET的最后一批制程应用。

在16日的技术论坛上，台积电用N2制造来代表即将量产的2nm工艺，根据总裁魏哲家透公布的最新路线图，第一代3nm（N3）已确定将于今年下半年量产，后续还有N3E、N3P和N3X，直到2025年左右过渡到2nm（N2）。

这意味着，在未来5－10年的时间里，日前公布的N2将成为台积电最为先进的技术平台。且当N2正式投入量产时，台积电的N3还将持续升级为密度更高的N3S，N3的增强版本将在未来几年灵活升级，适用于不同的产品和客户。

《日经亚洲》制作了一张台积电制程节点的核心数据图，N2能在相同功率和晶体管数量下将性能提升10％－15％，相同频率和复杂度的情况下，功耗能降低25％－30％，和加强版的N3S直接对比，密度或将提高至少1．1倍。

02三巨头的新竞争

过去十年，三星在7nm、5nm先进制程工艺上都落后于竞争对手台积电，所以该公司对于3nm制程工艺可谓寄予厚望，迫切希望能通过3nm制程实现对台积电的技术反超。

只是，制程之争目前已来到2nm的关键角逐期，无论是量产，还是大家普遍关注的密度、良率以及功耗与性能，不知不觉已启动了新一轮征程。

但值得一提的是，虽然台积电目前已超越英特尔和三星，成为全球市值最大的半导体公司，并稳坐全球最大芯片代工厂的宝座，但其对于先进制程的焦虑却始终存在。

要知道，成立至今三十余年，台积电在很长一段时间里都保持着对先进制程的绝对领先，而其竞争对手也在大浪淘沙里逐渐分化，最大的敌人早已不是昔日的联电，而是英特尔与三星。

如果一切顺利，IBM的2nm制程工艺有望在2023年下半年开始风险性试产，最快将在2024年进入量产阶段。

有意思的是，面对IBM和三星的制程野心，台积电在大多数时候是坐不住的，就在2021年，IBM前脚才刚刚官宣2nm制程研发成功，台积电后脚就在相关领域有了最新动作，高调宣布与台湾大学和麻省理工大学共同发表了研发成果，并反复强调自己能利用半金属铋（Bi）作为二维材料的接触电极，在1nm以下制程方面取得了巨大突破。

英特尔退，台积电三星进——

这是最近十年芯片工艺制程的基本格局，就在2020年7月的一次财报电话会议，时任英特尔首席执行官的司睿博（Bob Swan）被咄咄逼人的分析师们搞得焦头烂额。面对华尔街精英们一连串的犀利问题，他吞吞吐吐，不得不用冰冷低沉的声音回答：

“我们的晶圆厂，可能赶不上了。公司正考虑使用承包商来制造7nm芯片，不排除这样的情况，如果需要使用其他公司的工艺技术，我们将提前为此做好准备。”

那是英特尔的至暗时刻。产品拖延，技术落后，就连公司内部的工程师们，也很难确保这些困难只是暂时的。

作为美国制造业的一颗明珠、乃至二十世纪美国资本神话的关键组成部分，辉煌时期的英特尔一度只生产技术最复杂、利润最高的部件，但时至今日，司睿博传递的信息不仅与公司传统背道而驰，还让外界对美国在高端制造业的领导地位产生了怀疑。

就在司睿博掌舵的这三年，英特尔在产品和经营上接连遭受暴击，特别是先进制程多次延迟，设计和架构方面问题频出，被台积电和三星等对手狠狠地甩在了后面。

属于2nm的时代，又将谁执牛耳？

2nm制程的竞争还未进入白热化阶段，美国那边就坐不住了。既然英特尔一家公司独木难支，且仅靠美国军团的力量很难追上台积电和三星，那还不如拉拢日本一起攻坚，争取在2nm制程的研发和量产上追赶对手，实现新一轮的赛道超车。

只是，台积电们也没有原地踏步啊~

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