台积电的2nm工艺正式进入研发阶段：2023年试产、2024年量产

台积电在全球芯片紧缺的背景下，迎来了非常多的客户订单。外界的缺芯对台积电并不会产生太大的影响，只要提高代工成本，最终还是会有人买单。

台积电计划未来3年拿出千亿美元，看似台积电加大成本开支不划算，可实际上台积电已经连续涨价了好几次，这千亿美元的资本开支，还是会从客户市场上赚回来。为了确保市场地位，让更多的客户找台积电做生意，台积电需要探索更先进的工艺。

台积电今天线上举办2021年度技术研讨会，公布了未来新工艺进展，6nm、5nm、4nm、3nm、2nm都有新消息传来。

2nm目前是各大半导体巨头角逐的制高点，IBM甚至已经在实验室内搞定，率先公布了2nm芯片，而除了台积电、三星两大代工巨头，欧洲、日本也在野心勃勃地规划。

不同于之前世代在相同的基础架构上不断演进，台积电的2nm工艺将是真正全新设计的，号称史上最大的飞跃，最大特点就是会首次引入纳米片(nanosheet)晶体管，取代现在的FinFET结构。

台积电表示，纳米片晶体管可以更好地控制阈值电压(Vt)——在半导体领域，Vt是电路运行所需的最低电压，它的任何轻微波动，都会显著影响芯片的设计、性能，自然是越小越好。

台积电宣称，根据试验，纳米片晶体管可将Vt波动降低至少15%。

目前，台积电的2nm工艺刚刚进入正式研发阶段，此前消息是2023年试产、2024年量产。

在晶圆代工领域，台积电扮演龙头角色，无论是产能还是工艺，台积电对比竞争对手都有不小的领先优势。按照台积电计划，3nm工艺芯片将会在明年下半年进行投产，而2nm工艺产线则会在2023年投入使用。事实上，建立先进工艺芯片工厂，对芯片制造商而言，有着相当大的困难。先进工艺研发需要耗费大量时间与金钱，而先进芯片生产、扩产则需要大量尖端设备提供支持。

但这对台积电而言，无论是资金还是设备都不是2nm技术的拦路虎。台积电建立2nm芯片工厂的开销仅为200亿美元(折合人民币1290亿)，而台积电今年资本支出费用则是1000亿美元，丝毫构不成资金压力。至于EUV光刻机，虽然荷兰ASML每年产量有限，但要知道，台积电包揽了全球一半以上的EUV光刻机。建立2nm芯片产线，台积电的EUV光刻机数量也足够。

目前来看，真正阻碍台积电建立2nm工厂，生产芯片的拦路虎其实是水资源。据悉，台积电的2nm芯片建厂申请，近日遭到了新竹环保局的拒绝，理由是的日均耗水量太大。值得一提的是，这并不是台积电第一次因为耗水太大而遭到当地部门拒绝。水对台积电而言，主要作用是冲洗芯片，并且为了防止杂质污染芯片，台积电必须要使用纯水反复冲洗。

根据台积电给出的数据显示，生产8英寸晶圆每小时耗水250立方米，而生产12英寸晶圆，每小时耗水量则是在500立方米。台积电每年晶圆产量大概在3000万片，耗水量也就在160亿吨到170亿吨之间。考虑到台湾地区四面环海，河流较少，水资源本身就不算丰富，因此环保部门拒绝台积电建厂也合情合理。

近年来，芯片制造工艺发展速度很快，短短几年时间内，就从14nm进步到了5nm，可以i说，中高端手机几乎都是采用5nm芯片，部分机型采用6nm等芯片。

而在芯片制造企业中，台积电的技术最为先进，原因是台积电用DUV光刻机量产了7nm芯片，并率先推出5nm工艺的芯片。

最主要的是，台积电是先进制程芯片产能是最高的企业，同时，台积电的良品率也很高，所以，苹果、AMD以及英伟达等厂商都将订单交给台积电生产。

在EUV光刻机出现后，台积电就推出EUV工艺的7nm芯片，而三星也是用EUV光刻机量产的该芯片。

但在生产制造3nm、2nm芯片方面，相同的办法已经无法使用，必须要用到更先进的光刻机，否则是无法进行更精细的光刻作业。

其次，ASML正在研发制造全新一代NA EUV光刻机，根据ASML发布的消息可知，NA EUV光刻机采用更先进的光源技术，NA值高达0.33，可用于3nm等芯片的制造。

目前，全新一代NA EUV光刻机已经完整了研发设计任务，并正式进入了生产制造阶段，最快在2022下线商用，最迟到2023年。

台积电早早就展开了2nm工艺的研究，并且新消息称台积电会在新竹科学工业园区建设首座2nm生产线。紧接着还会在台中建第二座工厂。首座工厂建设完成之后，大概会在2023年风险性试产，为后续的量产做准备。

台积电传来2nm建厂的消息，却面临用水，用电的难题。而且可以预见的是，台积电加大建厂投入，会让客户付出更多的代工费用。毕竟羊毛出在羊身上，不管台积电投入多少费用，最终还是会从羊身上赚回来。