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[导读]这两年,台积电、三星在先进工艺上你追我赶,下一步比拼的就是3nm、2nm。

这两年,台积电、三星在先进工艺上你追我赶,下一步比拼的就是3nm、2nm。

三星此前已经宣布,3nm 3GAE低功耗版2022年初量产,3nm 3GAP高性能版2023年初量产,2nm 2GAP 2025年量产。

台积电CEO魏哲家最新公开表示,台积电3nm N3将在今年内风险性试产,2022年下半年大规模量产,2023年第一季度获得实际收入。

台积电N3 3nm工艺将是N5 5nm之后的全新节点,号称经过密度可增加70%,同等功耗下性能可提升10-15%,同等性能下功耗可降低25-30%,并且使用更多层的EUV光刻(不低于N5 14层),因此更加复杂化,整个工艺流程的工序超过1000道。

N3还会衍生出一个N3E版本,可以视为增强版,有更好的性能、功耗、良品率,同时设计和IP上完全兼容N3,2024年量产。

台积电的N2 2nm工艺一直比较神秘,官方此前只是确认会考虑使用GAAFET(环绕栅极场效应晶体管),但从未明确是否真的上马。

按照魏哲家的最新说法,N2工艺将在2025年量产,并强调无论集成密度还是性能都是业内最好的,但未给出具体指标。

之前预计台积电2nm 2024年就能量产,结果现在节奏也放缓了,和三星基本同步,就看谁的表现更好了,当然还有高昂的成本问题。

大家最关心的3nm方面,第一代计划明年下半年投产,同时,3nm也有增强版(N3E),计划2023年下半年投产。显然,这样的节奏大概率会与第一大客户苹果的A16、A17处理器相对应。

“E”的后缀说实话比较新鲜,毕竟7nm增强版、5nm增强版都是用“P”做后缀,不知道E代表底气更足还是更差了,谨慎猜测是后者。

按照此前披露的信息,第一代3nm(N3)的功耗将比5nm降低25~30%,性能提升10~15%,晶体管密度提升70%。纵向对比的话,弱于5nm之于7nm的变化,坦率来说,有些让人失望。

另外,针对部分特定需求客户,台积电还有4nm在准备,它可以视为5nm的改良版,晶体管密度提升6%,同时制造流程简化,换言之,良率会更高。

在微观层面,台积电的3nm仍旧是FinFET晶体管结构,这预计也是FinFET的谢幕之作。Intel、三星、台积电都将悉数向GAA(环绕栅极)晶体管过渡,其中Intel称之为RibbonFET,拥有独家的PowerVia背面电路技术。

这两年台积电靠着先进工艺抢占了全球半导体晶圆代工市场的份额,第三季度5nm芯片出货量占晶圆总收入的18%,7nm占34%,这两种工艺就贡献了52%的收入,在这方面能打的对手一个都没有,三星及Intel都要落后很多。

不过,对台积电来说,眼下的日子好过,未来几年的隐忧还是少不了的,危机早就在埋伏中了。

台积电这几年业绩大涨是在对手工艺进展落后的情况下实现的,但是台积电7nm节点开始晶圆成本就降不下来了,5nm成本更高,接下来的3nm升级周期也延长到了2.5年,功耗、密度缩放得更差,2nm工艺要到2025年了。

台积电的放缓给了三星及Intel追赶的机会,按照Intel规划的路线图,他们在2024年要量产20A工艺,大概相当于2nm工艺,2025年还会量产在下一代的18A工艺。

从20A工艺开始,Intel还会放弃FinFET工艺,升级两大革命性新技术——RibbonFET及PowerVia。

根据Intel所说,RibbonFET是Intel对Gate All Around晶体管的实现,它将成为公司自2011年率先推出FinFET以来的首个全新晶体管架构。该技术加快了晶体管开关速度,同时实现与多鳍结构相同的驱动电流,但占用的空间更小。

PowerVia是Intel独有的、业界首个背面电能传输网络,通过消除晶圆正面供电布线需求来优化信号传输。

总的来说,台积电现在的小日子很不错,但是未来几年里要面临对手加速追赶的压力,Intel CEO基辛格喊出未来几年恢复半导体领导地位的口号不是空话,2025年左右会有一场决战。

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