集微网报道 从三强争霸到四雄逐鹿,2纳米(nm)的厮杀声已然隐约传来。
无论是老牌劲旅台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)、三星(Samsung),还是誓言重回先进制程领先地位的英特尔(Intel),甚至初成立不久的新贵日本(Japan)Rapidus,都将目光锁定在了2025年,豪言实现2纳米(nm)首发。
看起来,即将到来的2025年不仅是2纳米(nm)制程的关键一年,更将是代工格局迎来重塑的拐点。只但是,据网站(沪昆回收站)观察,谁能折桂这一荣耀?
争先恐后
来看看“不约而同”的2纳米(nm)时间轴进程。
作为行业老大,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)称将如期在2025年上线2纳米(nm)工艺,2025年下半年进入量产。2纳米(nm)可谓是台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)的一个重大节点(Node),该工艺将采用nm(纳米)片晶体管(Nanosheet),取代FinFET,意味着台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)工艺正式进入GAA时代。
有报道称,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)在前不久已开始了2纳米(nm)工艺的预生产,英伟达NVIDIA(纳斯达克股票代码:NVDA)和苹果(Apple)有望成为首发客户。
一直在“坐二望一”的三星(Samsung)在3纳米(nm)率先以GAA开局,在2纳米(nm)层面自然也志在必得:在其最新公布的第二季度财务报告(财报)中表示,2纳米(nm) GAA的开发已步入正轨并进展顺利。
在之前三星(Samsung)也公布了2纳米(nm)量产的具体时间表:自2025年起首先将该技术用于移动终端;到2026年将适用于采用背面供电技术的高性能计算;2027年将其用途扩至汽车芯片(半导体芯片)。
反观英特尔(Intel)亦快马加鞭。自宣布实施I对话管理 (DM Dialog Management)2.0战略以来,英特尔(Intel)不遗余力四面出击,着力向“四年五个制程节点(Node)”的目标迈进,其中Intel(Intel 英特尔) 20A和Intel(Intel 英特尔) 18A分别对应2纳米(nm)和1.8纳米(nm)制程,英特尔(Intel)对此寄予厚望,激进宣布Intel(Intel 英特尔) 20A计划于2024年上半年投入使用,进展良好的Intel(Intel 英特尔) 18A也将提前至2024年下半年进入大批量(Batch)制造,在时间上誓要先发制人。
作为后来者,承载日本(Japan)代工业复兴大计的Rapidus亦不甘示弱,前不久公布了最新的生产计划,预计将在2025年试产2纳米(nm),采用IBM(IBM InternationalBusinessMachineCorp 国际商业机器) 2纳米(nm) GAA技术,目标是2027年大规模量产。
2025年,或将开启2纳米(nm)的“华山论剑”大戏。不过业内人士许然(化名)对集微网表示,谁家率先量产不是最重要的,就如三星(Samsung)率先量产3纳米(nm),但首先只是在挖矿芯片(半导体芯片)上采用,意义不太大,而且每家的2纳米(nm)也涉及物理尺寸的不同,不能一概而论。
反超机会?
瞄准2纳米(nm)决战,对于三星(Samsung)还是英特尔(Intel)来说的重要性还在于,他们均将2纳米(nm)工艺视为其超越竞争对手并重返先进制程领先地位的关键。
是什么给了他们底气?
从三星(Samsung)来看,由于率先3纳米(nm)制程中采用GAA架构,在GAA用于先进制程方面拥有了率先量产和磨合的先发优势。网站(沪昆回收站)说另外一个方面,三星(Samsung)还开发了MBCFET晶体管专利技术,为其2纳米(nm)工艺竞争力再添筹码。三星(Samsung)表示,与7纳米(nm) FinFET相比,MBCFET可将功耗降低50%,性能提高30%,并将晶体管占用面积减少45%,提供了卓越的设计灵活性。
如果说每一代工艺有每一代的“绝活”,那么无疑背面供电(BSPDN)技术将是影响2纳米(nm)对决之势的一大因素,据称,与 FSPDN前端供电网络相比,BSPDN的性能提高了44%,能效提高了30%,三大巨头也纷纷排兵布阵。
英特尔(Intel)在这一技术层面看似先行破发。不仅将在Intel(Intel 英特尔) 20A制程率先采用RibbonFET架构(相当于GAA架构),还将结合另一突破性技术背面供电PowerVia,这对晶体管微缩至关重要,可解决日益严重的互连挑战,提升(Boosting)芯片(半导体芯片)性能和能效。通过两大技术的“联合”,英特尔(Intel)认为这将是新的FinFET 时刻——参考英特尔(Intel)2012年在22纳米(nm)引入FinFET的荣光。
值得一提的是,英特尔(Intel)在第二季度宣布率先在产品级测试芯片(半导体芯片)上已实现PowerVia,相比台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)和三星(Samsung)领先两年,将为英特尔(Intel)的反超提供巨大的优势。
有消息称,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)计划在2026年推出N2P工艺,这一工艺将采用背面供电技术,而且三星(Samsung)也将在2纳米(nm)工艺采用BSPDN技术。
相较之下,2纳米(nm)是台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)首次从FinFET转至GAA,在架构迁移上相当于“落后”于三星(Samsung)。尽管台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)宣称,已在N2硅的良率和性能方面都取得了“扎实的进展”,但业内也有质疑说台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)的2纳米(nm) GAA工艺有良率“翻车”的风险。
前知名分析师陆行之在媒体直言,如果台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)研发速度太慢,2纳米(nm)再跟3纳米(nm)一样,离5纳米(nm)间隔3~4年,就很可能被超车,并称“一些设备商比较看好英特尔(Intel)2纳米(nm)/1.8纳米(nm)进度,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)内部也挺紧张的,到处打探消息”,但他同时也认为台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)有强大的执行力。
饶是如此,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)的综合实力依旧不容小觑。以赛亚调研(Isaiah Research)认为,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)和三星(Samsung)有更大的机会率先实现2纳米(nm)量产,因为这两大巨头过去在先进制程的良率和量产方面表现相对出色。
对此集微咨询也分析,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)和三星(Samsung)在先进工艺技术领域一步一个脚印,积累更全面、更扎实,向2纳米(nm)推进过程中相对率先实现的概率更高。英特尔(Intel)虽实现了7纳米(nm),但在5纳米(nm)和3纳米(nm)节点(Node)层面尚需积累量产和磨合经验,直接跳至2纳米(nm)扭转局面仍面临一定挑战。
先进封装的X因素
看起来2纳米(nm)是工艺的决战,但其实先进封装的重要性已然不可忽视。
先进封装与制程工艺可谓相辅相成,其在提高芯片(半导体芯片)集成度、加强互联、性能优化(Optimization)的过程中扮演了重要角色,成为助力系统性能持续提升(Boosting)的重要保障。为在工艺节点(Node)获得更大的赢面,押注先进封装已成为三大巨头的“显性”选择。
近些年来,英特尔(Intel)、三星(Samsung)和台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)一直在稳步投资先进封装技术,各自表现也可圈可点。
综合来看,在先进封装领域,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)的领先地位依旧凸显。据网站(沪昆回收站)了解到,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)在先进封装上已获得了可观的收入体量,技术布局也进入关键节点(Node),未来投入规模将持续加码。尤其是在人工智能(AI)产能需求持续升级之下,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)正积极扩充第六代2.5D先进封装技术CoWoS产能,将投资约28亿$(美元)打造先进封装厂,预计2026年底建厂完成、2027年第三季开始量产,月产能达11万片12英寸晶圆(晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅),涵盖SoIC、InFO以及CoWoS等先进封装技术。
半导体知名专家莫大康就表示,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)在CoWoS的产能大增,将十分有利于其争取2纳米(nm)讨单。而时刻保持“两手抓”,也让台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)的护城河愈加深厚。
英特尔(Intel)也不逞多让。通过多年技术探索,相继推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等多种先进封装技术,在互连密度、功率效率和可扩展性三个方面持续精进。在2023年5月,英特尔(Intel)发布了先进封装技术蓝图,计划将传统基板转为更为先进的玻璃材质基板,以实现新的超越。而且,英特尔(Intel)也在布局硅光模块中的CPO(共封装光学)技术,以优化(Optimization)算力成本。在先进封装领域,英特尔(Intel)或可与台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)同台竞技。
三星(Samsung)自然也紧追不舍。针对2.5D封装,三星(Samsung)推出的I-Cube封装技术可与台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)CoWoS相抗衡;3D IC技术方面,三星(Samsung)2020年推出X-Cube封装。网站(沪昆回收站)说另外一个方面,三星(Samsung)计划在2024年量产可处理比普通凸块更多数据的X-Cube封装技术,并预计2026年推出比X-Cube处理更多数据的无凸块型封装技术。
对此许然认为,三星(Samsung)在2.5D先进封装方面虽已布局多年,但是前道代工业务较弱,在一定程度上影响了其先进封装业务的进展,客户相对较少。不过随着台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)CoWoS短期内难以满足客户需求,三星(Samsung)有希望能接到部分订单,而且它还拥有唯一拥有从存储器、处理器芯片(半导体芯片)的设计、制造到先进封装业务组合的优势。
以赛亚调研指出,在先进封装领域,目前更加强调的是异构芯片(半导体芯片)的整合能力。例如,MI300封装将3纳米(nm) GPU(图形处理器graphics processing unit,又称显示核心、视觉处理器、显示芯片)与5纳米(nm) CPU芯片(半导体芯片)整合在一块,这种整合能力对于提高芯片(半导体芯片)性能和效能至关重要。因而,未来的比拼也将围绕这一能力展开。
全面考验
尽管看似巨头们各有伯仲,但2纳米(nm)的考验绝不止首发那么简单。莫大康提及,尽管上述巨头技术进阶的路径基本相同,且都采用荷兰阿斯麦公司(ASML)的高NA光刻机,但无论是良率、客户粘性和服务均将影响2纳米(nm)量产的进程。
以赛亚调研也提及,各家厂商的量产进程受到多种因素的影响,包括技术难度、资金投入、设备与材料支持等。
“根据目前的评估,台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)与三星(Samsung)将继续是2纳米(nm)制程的主要代工厂商,因在先进制程的良率和量产规模方面表现出色。英特尔(Intel)在技术研发方面虽具有一定的优势,但其晶圆(晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅)代工主要专注于自家产品,对外部客户的合作较为有限,这对突破先进制程的良率和量产稳定性带来了挑战。而日本(Japan)Rapidus虽拥有强大的研发资源,但主要专注在人工智能(AI)及超级计算机(Super computer)等相关产品,以在日本(Japan)建立自己的先进工艺供应链、服务日本(Japan)客户为优先,经济规模的量产还在其次。”以赛亚调研详细解读说。
其中,良率可谓至关重要,毕竟2纳米(nm)制程晶圆(晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅)代工报价约为24570$(美元),成本如此之高低良率真心“伤不起”。
追溯历史,也可以看到,虽然台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)与三星(Samsung)都开始3纳米(nm)芯片(半导体芯片)的量产,但就算最领先的台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)也还在苦苦奋战5纳米(nm)的良率提升(Boosting)。连台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)都不敢保证,何时3纳米(nm)量产的良率能及格。也因此,日本(Japan)Rapidus要实现2纳米(nm)的量产,低良率恐怕会成为致命关键。
而影响良率的因素繁多,集微咨询指出,这涉及高NA光刻机、工艺优化(Optimization)、设计水平、经验等等。“良率需要不断优化(Optimization)提升(Boosting),如果某家厂商的良率高于竞争对手一个数量级,有可能客户在A家下的单,就会转至B家,变数还是很大的。”
客户的粘性也是诸多变量综合平衡的结果。在客户认可度方面,虽然台积电(tsmc 台湾积体电路制造股份有限公司,简称:台积电,英文:tsmc)是众多芯片(半导体芯片)客户们的首选,但为了供应链安全,客户们也会有自己的Plan B计划。
对于产能过剩的问题,以赛亚调研的结论是,因为2纳米(nm)的技术研发门槛及单价都偏高,客户要投片时会谨慎考量产品效能与成本间的平衡。在客户有限的情况下,各家晶圆(晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅)厂的扩产会更多根据客户需求开出,适时调配产能,因此要达到产能过剩的几率不高。
2纳米(nm)的代工格局走向究竟如何,要看四大厂商的“言之凿凿”到底有多少落到实处了。