密度仅仅提升10%！摩尔定律工艺在晶体管密度上开启挤牙膏之旅

摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，封装在微芯片上的晶体管数量便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。当FinFET结构走到了无法突破物理极限的时候，对新的晶体管技术提出了需求。也就是说，GAA (gate-all-around，简称 GAA) 架构的出现再次拯救了摩尔定律。据称，台积电N2将使用GAAFET(全环绕栅极晶体管)技术，于2025年开始量产。N2在性能、功效上有明显提升，不过晶体管密度在2025年的时代背景中可能显得提升效果不大。

作为全新的芯片制作工艺平台，N2制程的核心创新在于两点：纳米片电晶体管(Nanosheet)与背面配电线路(backside power rail)。此两点都是为了提高单位能耗中芯片性能而设计的。台积电的‘全环绕栅极式纳米片电晶体管’(GAA nanosheet transistors)，晶体管的通道在所有四个侧面都被栅极包围，从而减少了电能泄漏。这在当下晶体管体积越发接近原子体积时，将会越来越突出。而且台积电‘环绕栅极式纳米片电晶体管’的通道可以加宽以增加驱动电流并提高性能，也可以缩小以最大限度地降低功耗和成本。

虽然目前智能手机、PC、服务器等领域都需要先进制程的处理器，但同时也仍然会用到大量的成熟制程芯片。同时，很多家电、物联网设备更是大量依赖成熟制程的芯片。

根据台积电以智能手机为例公布的数据显示，对于目前的5G智能手机来说，存在着非常多的成熟制程芯片，比如各种传感器(包括MEMS传感器和图像传感器)大概会有10～25颗，制程工艺涵盖0.35μm～28nm;音频/显示/触控芯片，大约会有2～4颗，制程工艺涵盖90nm～22nm;射频芯片大约会有15～40颗，制程工艺涵盖65nm～6nm;电源管理相关芯片大约会有10～30颗，制程工艺涵盖025μm～40nm。

此外，汽车市场对于成熟制程的芯片需求也在持续爆发，特别是随着汽车电动化、智能化、联网化、自动化，每辆汽车最少也需要数百颗芯片。而这其中，大部分都是成熟制程芯片。

比如在感知方面，可能会用到1-20颗的图像传感器芯片，制程工艺可能会在0.11μm～65nm;在雷达和连接性方面，可能会用到10～25颗芯片，制程工艺涵盖0.16μm-6nm;在车辆控制方面，可能会用到20~100颗的MCU及eNVM芯片，制程工艺涵盖0.18um ~ 28nm;在电源管理方面，将会用到大约50-100颗BCD芯片，制程工艺涵盖0.35～55nm。

6月18日消息，日前，台积电全面公开了旗下的3nm及2nm工艺技术指标，相比3nm工艺，在相同功耗下，2nm速度快10~15%;相同速度下，功耗降低25~30%。性能及功耗看着还不错，但台积电的2nm工艺在晶体管密度上挤牙膏，只提升了10%，按照摩尔定律来看的话，新一代工艺的密度提升是100%才行，实际中也能达到70-80%以上才能算新一代工艺。

台积电没有解释为何2nm的密度提升如此低，很有可能跟使用的纳米片电晶体管(Nanosheet)技术有关，毕竟这是新一代晶体管结构，考验很多。

密度提升只有10%的话，对苹果及、AMD、高通、NVIDIA等客户来说，这是不利于芯片提升的，要么就只能将芯片面积做大，这无疑会增加成本。更重要的是，台积电表示2nm工艺要到2025年才能量产，意味着芯片出货都要2026年了，4年后才能看到，工艺升级的时间也要比之前的5nm、3nm更长。

台积电在2nm工艺上的挤牙膏，倒是给了Intel一个机会，因为后者预计在2024年就要量产20A工艺及改进版的18A工艺了，同样也是“2nm”级别的。目前两家的2nm工艺都是PPT上的，但是台积电这次的2nm工艺表现不尽如人意，这让Intel励志重回半导体工艺第一的目标有了可能。

在今天的技术论坛上，台积电首次全面公开了旗下的3nm及2nm工艺技术指标，相比3nm工艺，在相同功耗下，2nm速度快10~15%;相同速度下，功耗降低25~30%。

然而性能及功耗看着还不错，但台积电的2nm工艺在晶体管密度上挤牙膏，只提升了10%，按照摩尔定律来看的话，新一代工艺的密度提升是100%才行，实际中也能达到70-80%以上才能算新一代工艺。

台积电没有解释为何2nm的密度提升如此低，很有可能跟使用的纳米片电晶体管(Nanosheet)技术有关，毕竟这是新一代晶体管结构，考验很多。

密度提升只有10%的话，对苹果及、AMD、高通、NVIDIA等客户来说，这是不利于芯片提升的，要么就只能将芯片面积做大，这无疑会增加成本。

更重要的是，台积电表示2nm工艺要到2025年才能量产，意味着芯片出货都要2026年了，4年后才能看到，工艺升级的时间也要比之前的5nm、3nm更长。

台积电在2nm工艺上的挤牙膏，倒是给了Intel一个机会，因为后者预计在2024年就要量产20A工艺及改进版的18A工艺了，同样也是“2nm”级别的。

目前两家的2nm工艺都是PPT上的，但是台积电这次的2nm工艺表现不尽如人意，这让Intel励志重回半导体工艺第一的目标有了可能。

坦率说，目前 3nm 尚未正式商用，普通消费者能体验到最先进制程还是 4nm。2nm 距离我们还是相当遥远的，台积电表示，2nm 工艺将于 2025 年量产。按照之前的经验推断，用上 2nm 的手机可能都到 iPhone 17 了。

说实话，现在工艺制程的推进速度不是特别理想。据最新曝光消息，苹果秋季要上线的 A16 芯片用的是 4nm 增强版工艺，而不是之前大家期盼的 3nm。

安卓阵营来说的话，工艺制程的进步，并没有真正解决顶级旗舰芯片的发热问题，甚至导致实际峰值性能持续时间非常短，综合体验不如几年前的老款旗舰芯片。

但即便如此，大环境下，相比于工艺进步不明显这种 " 小问题 "，可能缺芯才是最大问题。除了手机，汽车等行业对芯片的需求量同样非常高，只是这些芯片对工艺制程要求不高，厂商更注重的还是可靠性、产量、价格等。

台积电作为芯片代工行业里头部的头部，技术先进性自然是毋庸置疑的。只是，作为探路者，在先进制程突破上暂时遇到挫折也是很正常的。同时，台积电每年的净利润数字都很惊人，但在先进制程上的投资规模也相当庞大。对台积电来说，已经实现了高投资高回报的良性循环。