臺積電、三星、英特爾2nm戰(zhàn)局

據(jù)悉，臺積電計劃自2025年1月起調(diào)整3nm、5nm先進制程及CoWoS封裝工藝價格。3nm、5nm先進制程訂單漲價3%-8%，AI高性能計算產(chǎn)品訂單漲幅或達8%-10%，CoWoS先進封裝服務(wù)漲價10%-20%。

先進制程一直是半導體人比較關(guān)注的話題。在晶圓代工市場中，目前持續(xù)推進7nm以下先進制程的大廠，全球僅剩下臺積電、三星與英特爾等少數(shù)廠商。

本文著重梳理一下當下全球3nm的產(chǎn)能情況，以及以臺積電為代表的三家巨頭在2nm以下制程技術(shù)的布局。

全球3nm的產(chǎn)能情況

一往無前的臺積電

2024年四季度，臺積電3nm的營業(yè)收入占比已達到26%，且過去四個季度，3nm的營業(yè)收入呈現(xiàn)逐季快速增長的態(tài)勢。

圖源：臺積電公告

臺積電的3nm制程主要產(chǎn)能集中在中國臺灣省南部科學園區(qū)晶圓十八廠。

晶圓十八廠為3nm、5nm廠區(qū)，近年因應(yīng)客戶需求，陸續(xù)將5nm產(chǎn)能轉(zhuǎn)換至3nm。隨著晶圓十八廠 P8廠區(qū)于2024年下半年加入投產(chǎn)及客戶強勁需求加持下，2025年的3nm營收有望超越5nm。

近期供應(yīng)鏈消息指出，臺積電晶圓十八廠 P9廠區(qū)CUP（Central Utility Plant）新建工程已準備進行，通常做為Fab晶圓制造及無塵室的前期準備工程，為擴充3nm產(chǎn)能做準備。供應(yīng)鏈認為，F(xiàn)ab棟最快會在2025年第二季動工。

另外，臺積電在美國亞利桑那州第一座晶圓廠已于2024年第四季度進入大規(guī)模生產(chǎn)階段。該工廠采用4nm制程技術(shù)，目前良率與臺灣地區(qū)的晶圓廠相當，預(yù)計2026年第一季月產(chǎn)量將達3萬片左右。亞利桑那州的第二座和第三座晶圓廠的建設(shè)計劃也在順利推進。未來這些晶圓廠將根據(jù)客戶需求采用更先進的技術(shù)，如3nm、2nm和A16等。其中，第二座晶圓廠的廠房建設(shè)基本完成，現(xiàn)在開始安裝設(shè)備等，預(yù)計在2026年下半年開始搬入生產(chǎn)設(shè)備。臺積電董事長魏哲家于法說會表示，計劃很快啟動第三座晶圓廠的建設(shè)。

而臺積電在日本和德國的晶圓廠項目主要集中在其他制程，尚未涉及3nm及更先進制程。

值得一提的是，摩根士丹利在2024年9月的報告中預(yù)測，在強勁的AI芯片需求情況下，預(yù)計到2025年，臺積電將其3nm產(chǎn)能從2024年的9萬片提升到12萬片；到2026年，臺積電的3nm產(chǎn)能有望進一步提升至每月14萬片，其中2萬片將分配給美國工廠；且進一步將2nm制程提升到每月8萬片，提供給蘋果iPhone的采用。

三星、英特爾的別樣風景

根據(jù)三星官網(wǎng)信息，三星的先進制程主要分布在韓國華城工廠、京畿道平澤工廠，以及美國泰勒工廠。

圖源：三星官網(wǎng)

華城工廠是三星重要的先進制程生產(chǎn)基地之一，支持從3nm到10nm的工藝節(jié)點，產(chǎn)能情況未知。不過根據(jù)Businesskorea在2024年10月的報道，華城工廠的S3生產(chǎn)線在2025年底將全部轉(zhuǎn)化為2nm生產(chǎn)線。

根據(jù)公開信息顯示，平澤P2和P3晶圓廠主要生產(chǎn)4-7nm的芯片。早在2022年，三星曾表示，在華城工廠開始生產(chǎn)3nm芯片后，會將3nm的生產(chǎn)擴展至平澤較新的工廠。但三星的3nm工藝一直被良品率問題所困擾，后續(xù)在平澤的3nm生產(chǎn)情況，筆者未找到相關(guān)信息。

此外，平澤P4晶圓廠原本計劃兼顧NAND閃存、晶圓代工和DRAM生產(chǎn)，但由于代工訂單不足，三星調(diào)整了設(shè)備安裝計劃，優(yōu)先轉(zhuǎn)向生產(chǎn)高帶寬內(nèi)存（HBM）等存儲芯片。

而三星位于美國泰勒的新晶圓廠設(shè)備引入推遲到2026年后，主要由于先進制程良率不佳、客戶獲取困難等原因。

關(guān)于英特爾3nm產(chǎn)能，沒有太多披露數(shù)據(jù)。英特爾2024年年報披露，Intel 3（3nm級制程技術(shù)）在2024年已經(jīng)在美國俄勒岡州進行大批量生產(chǎn)，2025年大批量生產(chǎn)會轉(zhuǎn)移到歐洲愛爾蘭工廠，英特爾的Xeon 6可擴展數(shù)據(jù)中心處理器基于該技術(shù)。

不過此前另有消息稱，英特爾采用臺積電定制的3nm工藝技術(shù)來制造其Lunar Lake和Arrow Lake計算核心，預(yù)計產(chǎn)量將在2025年初增加。

2nm戰(zhàn)局如何？

2025年對于臺積電、三星和英特爾這三大玩家來說，2nm制程都進入了試產(chǎn)準備期，新一輪先進制程市場爭奪戰(zhàn)一觸即發(fā)。

臺積電N2，2025年下半年量產(chǎn)

“我們除了繼續(xù)在臺南科學園區(qū)擴大3nm產(chǎn)能，還會在新竹和高雄科學園區(qū)為2nm晶圓廠的多階段建設(shè)做準備，以滿足客戶強勁的結(jié)構(gòu)性需求。”臺積電董事長魏哲家在法說會上表示：“預(yù)計在2nm技術(shù)推出的前兩年，新流片數(shù)量將高于3nm和5nm技術(shù)在前兩年，這得益于智能手機和高性能計算應(yīng)用的推動，臺積電第一代GAAFET N2按計劃將于2025年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)，爬坡進度與N3類似。與N3E相比，N2將實現(xiàn)全節(jié)點的性能和功耗優(yōu)勢，在相同功耗下速度提升10-15%，或者在相同速度下功耗降低25%-30%，芯片密度提高超過15%?；诔掷m(xù)改進的策略，我們還推出了N2P作為N2技術(shù)家族的延伸。N2P在N2的基礎(chǔ)上進一步提升了性能和功耗表現(xiàn)。N2P將同時支持智能手機和高性能計算應(yīng)用，計劃于2026年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。”

此外，魏哲家還介紹了臺積電的具備超級電源軌（Super Power Rail，SPR）技術(shù)的A16獨立產(chǎn)品。其SPR是一種創(chuàng)新的、行業(yè)領(lǐng)先的背面供電解決方案，首次在行業(yè)內(nèi)采用全新的背面金屬方案，在保持柵極密度和器件寬度靈活性的同時，實現(xiàn)產(chǎn)品效益最大化。

與N2P相比，A16在相同功耗下速度可進一步提升8-10%，在相同速度下功耗可降低15-20%，芯片密度還能額外提高7-10%。A16最適合具有復(fù)雜信號路由和密集供電網(wǎng)絡(luò)的特定高性能計算產(chǎn)品，計劃于2026 年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。

N2、N2P、A16 及其衍生技術(shù)將進一步鞏固我們的技術(shù)領(lǐng)先地位，使臺積電能夠把握未來的增長機遇。

三星努力追趕

根據(jù)Businesskorea在2024年10月的報道，三星晶圓代工廠正加速建立2nm制程的量產(chǎn)設(shè)施，計劃2025年第一季度在華城工廠的S3生產(chǎn)線設(shè)立每月0.7萬片晶圓產(chǎn)能的2nm生產(chǎn)線，2025年年底華城工廠S3剩余的3nm生產(chǎn)線將全部轉(zhuǎn)換為2nm生產(chǎn)線。

Businesskorea報道還顯示三星將在2025年第二季度在平澤P2晶圓廠的S5安裝一條1.4nm制程的生產(chǎn)線，月產(chǎn)能0.2-0.3萬片晶圓。

目前，三星想要和臺積電在3nm制程工藝上一爭高下，面臨的挑戰(zhàn)還不小。三星在華城工廠和平澤P2工廠的舉措，旨在2025年實現(xiàn)2nm制程的大規(guī)模生產(chǎn)，并在2027年前實現(xiàn)1.4nm制程，以努力追趕競爭對手臺積電。

三星的2nm工藝以SF2為基礎(chǔ)，通過后續(xù)不同節(jié)點的開發(fā)和優(yōu)化，如SF2P、SF2Z、SF2A 和SF2X等，分別滿足不同市場領(lǐng)域?qū)π酒阅?、功耗、面積等方面的特定需求。

由于臺積電預(yù)計在2025年下半年開啟2nm芯片的量產(chǎn)，這將吸引蘋果、英偉達和高通等主要客戶的進一步關(guān)注。但值得關(guān)注的是，由于2nm產(chǎn)能有限，部分客戶或許會考慮轉(zhuǎn)單至三星，這無疑將對競爭格局產(chǎn)生影響。

Intel 18A，2025年量產(chǎn)

2024年9月5日，英特爾宣布不再計劃在即將面向消費市場的Arrow Lake處理器中使用自己的“Intel 20A”工藝節(jié)點，將把資源從開發(fā)Intel 20A（2nm）轉(zhuǎn)移到較小的Intel 18A（1.8nm）節(jié)點。還表示，目前正在使用“外部合作伙伴”來制造Arrow Lake所有芯片組件，報道猜測外部合作伙伴很可能是芯片制造商臺積電。

Intel 18A是英特爾的下一代前沿工藝技術(shù)，節(jié)點采用環(huán)繞式柵極晶體管（RibbonFET）和背面供電（PowerVia）技術(shù)。RibbonFET旨在實現(xiàn)更快的晶體管開關(guān)速度，同時實現(xiàn)與多個鰭片相同的驅(qū)動電流，但占用空間更??；PowerVia是其獨特的行業(yè)首創(chuàng)的背面供電技術(shù)，旨在通過消除晶圓正面的電源布線需求來優(yōu)化信號傳輸。

根據(jù)英特爾年報顯示，Intel 18A提供給外部代工客戶，預(yù)計將于2025年開始大規(guī)模生產(chǎn)Panther Lake，這是英特爾新客戶端產(chǎn)品系列，也是Intel 18A工藝的首批處理器。

根據(jù)之前英特爾披露的信息顯示，英特爾計劃Intel 18A之后的Intel 14A導入High-NA EUV光刻機，與Intel 18A制程技術(shù)相較，Intel 14A制程技術(shù)的晶體管密度將會提升20%，能效提升15%。相比競爭對手，英特爾在 High-NA EUV 經(jīng)驗方面至少擁有一年的領(lǐng)先優(yōu)勢。

最后

2025年，臺積電、三星和英特爾均計劃實現(xiàn)2nm及以下制程的量產(chǎn)，市場競爭將愈發(fā)激烈。臺積電預(yù)計2nm制程的量產(chǎn)曲線與3nm相似，另據(jù)韓國媒體The Bell報道，三星新一代自研移動處理器Exynos 2600將采用自家的2nm制程代工，目前試產(chǎn)初始良率也達到了預(yù)計的30%。

三星和英特爾能否彌補在3nm制程上的失利，值得期待！