與3納米制程芯片相比，2納米芯片速度可以增加10%-15%,功耗可以降低25%-30%

7月14日，臺積電在投資者會議上表示，2納米制程將在2024年試產(chǎn)，2025年量產(chǎn)。與3納米制程芯片相比，相同功耗下，2納米芯片速度可以增加10%-15%;相同速度下，功耗可以降低25%-30%。

這個由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾所提出的定律，帶動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向前推進(jìn)半個多世紀(jì)。誰能率先推動摩爾定律的發(fā)展，就能在市場上獲得更多份額，賺得盤滿缽滿。這也是眾多企業(yè)還在不斷追著摩爾定律跑的原因。

越是高制程，芯片效率越高，但研發(fā)越是艱難，越來越多的競爭者在追逐賽中退出。在成熟制程，全球最主要的競爭者有十多家，涉及成熟制程的晶圓廠就有一百多家。進(jìn)入10納米制程之后，全球半導(dǎo)體代工廠僅剩臺積電(NYSE:TSM)、三星(PINK:SSNLF)和英特爾(NASDAQ:INTC)三家。而在7納米制程之后，全球范圍內(nèi)的競爭者就剩下臺積電和三星。

其實，在2021年，IBM就發(fā)布了全球首顆2納米制程的芯片，根據(jù)公開資料，IBM的這顆2納米制程的芯片是將大約500億晶體管放在一片指甲蓋大小的芯片上，與7納米制程的芯片相比，其運(yùn)算速度將快45%，而能效方面則將提高75%。

不過，IBM作為研究機(jī)構(gòu)，尚不具備量產(chǎn)的能力，2納米制程芯片從實驗室到量產(chǎn)，還需要一段時間。

2納米制程是一個什么概念?一根頭發(fā)絲的直徑一般是5萬納米，2納米相當(dāng)于把頭發(fā)絲軸向剖25000份。

此前，在宣布2納米芯片研發(fā)成功后，IBM宣稱，一個指甲大小的2納米芯片就能容納多達(dá)500億個晶體管。對于消費者來說，新技術(shù)使芯片降低75%能耗，提高手機(jī)的性能，例如電池的壽命可以延長將近4倍。

但到了2納米制程后，涉及原有的工藝架構(gòu)、材料、設(shè)備的更新，技術(shù)革新，意味著產(chǎn)業(yè)格局或?qū)⒅匦孪磁?，這也是諸多企業(yè)甚至國家和地區(qū)決定押注2納米的原因之一。

除了老玩家臺積電和三星，另一個傳統(tǒng)芯片據(jù)歐英特爾在2021年7月公布最新技術(shù)路線圖，稱將在其2納米制程上轉(zhuǎn)換新的技術(shù)結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)新制程的競爭力。英特爾在10納米制程之后被指競爭乏力。

英特爾此前采用FinFET，即鰭式場效應(yīng)晶體管，F(xiàn)inFET工藝在22納米制程之后成為半導(dǎo)體的主流工藝架構(gòu)，一直延續(xù)到5納米。英特爾即將在2納米上轉(zhuǎn)換成GAAFET架構(gòu)，全環(huán)繞柵極晶體管，這一工藝架構(gòu)被視為FinFET工藝的接任者。

三星在3納米節(jié)點上率先引入GAAFET的工藝，臺積電也將在2納米節(jié)點上采用GAAFET工藝架構(gòu)。可以理解為，GAAFET工藝就是進(jìn)入2納米制程之后的主流工藝架構(gòu)。

指揮了全球半導(dǎo)體發(fā)展史半個多世紀(jì)的摩爾定律(集成電路上可容納的晶體管數(shù)量大約每18個月就會增加一倍)，直到現(xiàn)在還保有頑強(qiáng)生命力。

7月14日，臺積電在投資者會議上表示，2納米制程將在2024年試產(chǎn)，2025年量產(chǎn)。與3納米制程芯片相比，相同功耗下，2納米芯片速度可以增加10%-15%;相同速度下，功耗可以降低25%-30%。

這個由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾所提出的定律，帶動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向前推進(jìn)半個多世紀(jì)。誰能率先推動摩爾定律的發(fā)展，就能在市場上獲得更多份額，賺得盤滿缽滿。這也是眾多企業(yè)還在不斷追著摩爾定律跑的原因。

越是高制程，芯片效率越高，但研發(fā)越是艱難，越來越多的競爭者在追逐賽中退出。在成熟制程，全球最主要的競爭者有十多家，涉及成熟制程的晶圓廠就有一百多家。進(jìn)入10納米制程之后，全球半導(dǎo)體代工廠僅剩臺積電(NYSE:TSM)、三星(PINK:SSNLF)和英特爾(NASDAQ:INTC)三家。而在7納米制程之后，全球范圍內(nèi)的競爭者就剩下臺積電和三星。

其實，在2021年，IBM就發(fā)布了全球首顆2納米制程的芯片，根據(jù)公開資料，IBM的這顆2納米制程的芯片是將大約500億晶體管放在一片指甲蓋大小的芯片上，與7納米制程的芯片相比，其運(yùn)算速度將快45%，而能效方面則將提高75%。

不過，IBM作為研究機(jī)構(gòu)，尚不具備量產(chǎn)的能力，2納米制程芯片從實驗室到量產(chǎn)，還需要一段時間。

2納米制程是一個什么概念?一根頭發(fā)絲的直徑一般是5萬納米，2納米相當(dāng)于把頭發(fā)絲軸向剖25000份。

此前，在宣布2納米芯片研發(fā)成功后，IBM宣稱，一個指甲大小的2納米芯片就能容納多達(dá)500億個晶體管。對于消費者來說，新技術(shù)使芯片降低75%能耗，提高手機(jī)的性能，例如電池的壽命可以延長將近4倍。

但到了2納米制程后，涉及原有的工藝架構(gòu)、材料、設(shè)備的更新，技術(shù)革新，意味著產(chǎn)業(yè)格局或?qū)⒅匦孪磁疲@也是諸多企業(yè)甚至國家和地區(qū)決定押注2納米的原因之一。

除了老玩家臺積電和三星，另一個傳統(tǒng)芯片據(jù)歐英特爾在2021年7月公布最新技術(shù)路線圖，稱將在其2納米制程上轉(zhuǎn)換新的技術(shù)結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)新制程的競爭力。英特爾在10納米制程之后被指競爭乏力。

英特爾此前采用FinFET，即鰭式場效應(yīng)晶體管，F(xiàn)inFET工藝在22納米制程之后成為半導(dǎo)體的主流工藝架構(gòu)，一直延續(xù)到5納米。英特爾即將在2納米上轉(zhuǎn)換成GAAFET架構(gòu)，全環(huán)繞柵極晶體管，這一工藝架構(gòu)被視為FinFET工藝的接任者。

三星在3納米節(jié)點上率先引入GAAFET的工藝，臺積電也將在2納米節(jié)點上采用GAAFET工藝架構(gòu)?？梢岳斫鉃?，GAAFET工藝就是進(jìn)入2納米制程之后的主流工藝架構(gòu)。

芯片也是國家和地區(qū)的競爭游戲。

根據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報道，日本此前稱將于美國達(dá)成共識，最早在2025年在日本建立2納米半導(dǎo)體制造基地。

而歐洲則在其《2030數(shù)字指南針》規(guī)劃書中，提出了未來10年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，其中明確寫道，截至2030年，歐洲先進(jìn)和可持續(xù)半導(dǎo)體的生產(chǎn)總值將至少占全球生產(chǎn)總值的20%，攻克2納米工藝。

一場新的競爭已經(jīng)開始。目前對于2納米制程還處于研發(fā)階段，只是在頭部效應(yīng)顯著的半導(dǎo)體行業(yè)，后來者能否撼動頭部企業(yè)的地位?

頂尖圈層的金錢游戲

在半導(dǎo)體制程中，28納米制程是一條分水嶺，28納米及以下工藝被稱為“先進(jìn)工藝”， 28nm以上被稱為“成熟工藝”。有時，28納米也被劃分到成熟工藝這個陣營。7納米及以下，是先進(jìn)工藝中的“高端圈子”。先進(jìn)制程越往下走，投入越大。

芯片的成本來自硬件成本和設(shè)計成本。硬件的部分就包括晶圓、掩膜、封裝、測試四個部分。軟件部分來自EDA工具、IP授權(quán)、架構(gòu)等部分。

從先進(jìn)工藝設(shè)計成本來看，根據(jù)第三方半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)Semi engineering計算，28納米制程的開發(fā)費用大約為5130萬美元，到16納米制程需要投入1億美元，到5納米制程節(jié)點，這個費用達(dá)到5.42億美元。如果按照接近兩倍漲幅測算，在2納米制程上，開發(fā)費用可能會將近20億美元。這個費用包括了IP授權(quán)、軟件、確認(rèn)、驗證、架構(gòu)等環(huán)節(jié)。

三星和臺積電兩大芯片廠商在3納米芯片技術(shù)研發(fā)上一直競爭激烈，而如今，隨著雙方新動作頻頻，這場芯片頂尖制程技術(shù)戰(zhàn)，日趨白熱化。

今年6月底，三星電子官宣，公司位于韓國的華城工廠已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)3納米制程半導(dǎo)體芯片。

消息發(fā)酵不過一周，臺積電就對外表示，自家的3納米制程將在今年下半年試產(chǎn)，同時將斥巨資擴(kuò)大2納米產(chǎn)能布局，并在2024年試產(chǎn)，2025年開始量產(chǎn)。

三星首產(chǎn)3納米，反超臺積電

今年上半年實現(xiàn)3納米芯片投產(chǎn)，意味著三星首次在先進(jìn)工藝層面反超臺積電，成為全球第一家量產(chǎn)3納米芯片的廠商。

三星官網(wǎng)公布的信息顯示，此次量產(chǎn)的3納米芯片與之前的5納米芯片相比，性能提升23%，功耗降低45%，芯片面積縮小16%。

而且，與目前主流的鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)結(jié)構(gòu)不同，三星3納米采用的是全柵極(GAA)技術(shù)結(jié)構(gòu)，可以更為精確地減少漏電損耗，降低功耗。

三星晶圓代工業(yè)務(wù)主管崔世英表示：“我們將通過全球首個3納米制程來維持自己的領(lǐng)導(dǎo)地位?！?

臺積電隨后關(guān)于3納米投產(chǎn)以及2納米布局的公開表態(tài)，被外界解讀為對三星最新消息的回應(yīng)。多位半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士在接受采訪時表示，兩家廠商的舉動，將加劇芯片先進(jìn)制程領(lǐng)域的競爭，并將2納米之爭推向比外界所預(yù)想的更為激烈的程度。

三星的挑戰(zhàn)：客戶在哪

三星官宣3納米芯片量產(chǎn)消息后，有韓國證券機(jī)構(gòu)提出疑問，“客戶究竟是誰?”

在半導(dǎo)體行業(yè)，先進(jìn)的芯片制程技術(shù)是一家企業(yè)技術(shù)實力的展現(xiàn)，但最終能夠落地到市場訂單上，才具有現(xiàn)實意義。

三星方面并未在公開消息中公開客戶企業(yè)名稱，僅表示“首先將被高性能計算機(jī)采用”。

韓國媒體報道認(rèn)為，三星3納米芯片的生產(chǎn)地并非引進(jìn)最新設(shè)備的平澤工廠，而是負(fù)責(zé)開發(fā)制造技術(shù)的華城工廠，據(jù)此分析三星3納米芯片處于試產(chǎn)階段，“可能是極小規(guī)模量產(chǎn)”。

另有來自供應(yīng)商渠道的消息稱，三星或?qū)⑹紫认蚣用苜Y產(chǎn)挖礦企業(yè)提供運(yùn)算處理半導(dǎo)體。

一位芯片行業(yè)分析師告訴《財經(jīng)國家周刊》，目前明確要使用3納米芯片的只有蘋果和英特爾，但這兩家公司都已與臺積電建立合作，“他們換供應(yīng)商的可能性不大，三星的3納米芯片未來除了用在自家產(chǎn)品上，還需要努力尋找其他買家?！?

這位分析師認(rèn)為，AMD、英偉達(dá)、紫光展銳或是三星3納米工藝芯片的潛在客戶。

“一超多強(qiáng)”市場格局短期不變

市場調(diào)研機(jī)構(gòu)TrendForce發(fā)布的報告顯示，2022年第一季度全球半導(dǎo)體代工市場排名中，臺積電以53.6%的份額位居第一，三星位居第二，市場份額為16.3%。

此次3納米芯片投產(chǎn)領(lǐng)先，能讓三星逆轉(zhuǎn)競爭形勢嗎?

一位芯片行業(yè)研究人員認(rèn)為，三星3納米芯片采用的GAA工藝根本沒有成熟，相關(guān)的測量、蝕刻、材料、化學(xué)品等方面，都存在問題，是“趕鴨子上架”。

前述分析師也認(rèn)為，雖然搶到了“首產(chǎn)”的名頭，但客戶更關(guān)心三星3納米的良品率問題，“如果不能保證良品率，也很難獲取客戶信心?！?

不過，三星冒險上GAA工藝，也有換道超車的考量。CHIP全球測試中心中國實驗室主任羅國昭認(rèn)為，如果不在3納米上搶先使用GAA工藝，按照目前的市場格局以及既有的競爭路徑演進(jìn)分析，三星追上臺積電的可能性很小。

在羅國昭看來，當(dāng)下的芯片代工已經(jīng)變成一個資本與技術(shù)雙密集型的產(chǎn)業(yè)，這也意味著行業(yè)的馬太效應(yīng)極強(qiáng)。目前，雙方的市場份額差距仍有擴(kuò)大趨勢，因此，三星必須放手一搏。

TrendForce一位內(nèi)部人士告訴《財經(jīng)國家周刊》，三星想要靠一代產(chǎn)品實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，“壓力很大，而且臺積電已經(jīng)宣布下半年試產(chǎn)3納米，2024年試產(chǎn)2納米，更新一輪制程工藝的角力已經(jīng)開始了?！?

也有多位業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，雖然“一超多強(qiáng)”的格局短時間不會大變，但隨著三星以及英特爾向2納米發(fā)起沖刺，臺積電也要添幾分危機(jī)感，半導(dǎo)體制造業(yè)近五年在制程技術(shù)上狂飆突進(jìn)，未來還會有替代硅芯片的新方案，會涌入更多的競爭者。