目前3nm尚未正式商用，萬眾矚目的2nm工藝何時(shí)全球首發(fā)？

隨著歐美先后推出激勵(lì)本土制造業(yè)的巨額芯片法案，全球芯片半導(dǎo)體核心地區(qū)都對未來競爭力和產(chǎn)業(yè)鏈安全問題更加敏感和警惕。尤其是美國，近年來屢屢出手限制和阻遏中國大陸企業(yè)的發(fā)展，不惜擾亂國際市場及全球產(chǎn)業(yè)鏈。如今美國新增對第四代半導(dǎo)體材料和先進(jìn)晶體管結(jié)構(gòu)所需軟件的出口管制再度敲響警鐘。技術(shù)封鎖的鐵幕隨時(shí)可能再度升起，我們在依托自身市場優(yōu)勢吸引更多芯片產(chǎn)業(yè)鏈核心企業(yè)來華投資的同時(shí)，也必須加緊攻關(guān)，在供應(yīng)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得能與其他地區(qū)相互制衡的地位。

眾所周知，三星上半年量產(chǎn)了3nm芯片，采用的是GAAFET晶體管技術(shù)，也就是全柵場效應(yīng)晶體管，相比于上一代的FinFET晶體管，功耗率，性能更強(qiáng)。而臺積電則會在2nm時(shí)使用上GAAFET技術(shù)，目前業(yè)界公認(rèn)的是，只要芯片進(jìn)入2nm，就一定要使用GAAFET晶體管技術(shù)，之前的FinFET晶體管技術(shù)，必須拋棄。而之前也一直傳聞，美國有意將設(shè)計(jì)GAAFET晶體管的EDA軟件，進(jìn)行出口管制，不允許賣到中國大陸來，以此來卡死中國大陸的2nm技術(shù)。

據(jù)臺灣聯(lián)合報(bào)報(bào)道，臺積電今天在它舉辦的北美技術(shù)論壇上公布了2nm制程工藝。按照臺積電的說法，和3nm相比，相同功耗下，2nm速度要快10~15%;相同速度下，功耗則要低25~30%。

坦率說，目前3nm尚未正式商用，普通消費(fèi)者能體驗(yàn)到最先進(jìn)制程還是4nm。2nm距離我們還是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的，臺積電表示，2nm工藝將于2025年量產(chǎn)。按照之前的經(jīng)驗(yàn)推斷，用上2nm的手機(jī)可能都到iPhone 17了。

說實(shí)話，現(xiàn)在工藝制程的推進(jìn)速度不是特別理想。據(jù)最新曝光消息，蘋果秋季要上線的A16芯片用的是4nm增強(qiáng)版工藝，而不是之前大家期盼的3nm。

安卓陣營來說的話，工藝制程的進(jìn)步，并沒有真正解決頂級旗艦芯片的發(fā)熱問題，甚至導(dǎo)致實(shí)際峰值性能持續(xù)時(shí)間非常短，綜合體驗(yàn)不如幾年前的老款旗艦芯片。

但即便如此，大環(huán)境下，相比于工藝進(jìn)步不明顯這種“小問題”，可能缺芯才是最大問題。除了手機(jī)，汽車等行業(yè)對芯片的需求量同樣非常高，只是這些芯片對工藝制程要求不高，廠商更注重的還是可靠性、產(chǎn)量、價(jià)格等。

臺積電作為芯片代工行業(yè)里頭部的頭部，技術(shù)先進(jìn)性自然是毋庸置疑的。只是，作為探路者，在先進(jìn)制程突破上暫時(shí)遇到挫折也是很正常的。同時(shí)，臺積電每年的凈利潤數(shù)字都很驚人，但在先進(jìn)制程上的投資規(guī)模也相當(dāng)龐大。對臺積電來說，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高投資高回報(bào)的良性循環(huán)。

我們也制造日本半導(dǎo)體的落寞和美國是有關(guān)系的，不過目前局勢變了，日本已經(jīng)與美國展開合作，共同攻克2nm的工藝。

如果2025年日本真的能實(shí)現(xiàn)2nm的量產(chǎn)，這很可能讓日本有不輸臺積電和三星、英特爾的技術(shù)。

盡管絕大部分半導(dǎo)體市場都被成熟制程占據(jù)，多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域并不需要用到更先進(jìn)的2nm工藝，但各企業(yè)還是競相追逐先進(jìn)制程，甚至近日傳出日美兩個(gè)半導(dǎo)體大國要聯(lián)合研發(fā)2nm芯片的消息?！?nm現(xiàn)象”，值得深思。

先進(jìn)制程市占率上升

不難看出，盡管如今半導(dǎo)體市場被成熟制程占據(jù)，但先進(jìn)制程仍舉足輕重。

隨著摩爾定律的繼續(xù)推進(jìn)，在先進(jìn)制程的發(fā)展之路上，荊棘重重，這使得不少廠商開始選擇放棄先進(jìn)制程的競爭，徹底投身于成熟制程的研發(fā)。例如，晶圓代工廠格芯曾在2020年公開表示放棄7nm以下工藝的競爭。

然而，隨著人們對新興技術(shù)追求腳步的不斷加速，近年來市場對于先進(jìn)制程的熱度有增無減，且市占率不斷飆升。

IC Insights數(shù)據(jù)顯示，2019年，10nm以下先進(jìn)制程芯片的市占率僅為4.4%，到2024年其比例將增長到30%，而10nm～20nm制程的市占率將從38.8%下降到26.2%，20nm～40nm制程的市占率將從13.4%下降到6.7%。

臺積電2021年財(cái)報(bào)顯示，其在7nm及以下制程芯片的營收占2021年全年?duì)I收的50%。此外，臺積電在其法說會上表示，其資本支出中的80%將用于3nm、5nm及7nm等先進(jìn)制程芯片的研發(fā)。作為如今業(yè)界“唯二”能制造出先進(jìn)制程芯片的晶圓代工廠商之一，其營收情況以及資本支出可以表明，市場對于先進(jìn)制程的熱度只增不減。

此外，除了手機(jī)、電腦等傳統(tǒng)意義上先進(jìn)制程芯片的典型應(yīng)用領(lǐng)域外，一些曾經(jīng)以成熟制程芯片為主的應(yīng)用領(lǐng)域，如今也不難看到先進(jìn)制程芯片的身影。例如，已有部分企業(yè)在規(guī)劃更先進(jìn)制程工藝的車規(guī)級芯片，如芯擎科技、恩智浦、高通、英偉達(dá)等，將陸續(xù)發(fā)布7nm、5nm制程芯片。

是開發(fā)GAAFET的必備軟件工具，被軍用和航空航天國防工業(yè)用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和電子系統(tǒng)。美國商務(wù)部工業(yè)和安全局正在征求公眾意見，以決定ECAD的哪些具體功能尤其適用于設(shè)計(jì)GAAFET電路，確保美國政府能有效實(shí)施管制。GAAFET是制造2nm及更先進(jìn)制程工藝所不可或缺的晶體管結(jié)構(gòu)，能提供比上一代主流晶體管結(jié)構(gòu)FinFET更好的靜電特性、更強(qiáng)的溝道控制能力，推動(dòng)先進(jìn)制程持續(xù)演進(jìn)。目前三星采用GAAFET結(jié)構(gòu)的3nm芯片已經(jīng)量產(chǎn)，臺積電亦在緊鑼密鼓地推進(jìn)GAAFET研發(fā)，計(jì)劃將其導(dǎo)入2nm制程節(jié)點(diǎn)。

氧化鎵能實(shí)現(xiàn)更高功率、更低損耗、更低成本、更好性能，被期待用于功率半導(dǎo)體，目前已實(shí)現(xiàn)大尺寸(6英寸)突破。日本在該領(lǐng)域的研究領(lǐng)先全球，率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，我國科技部亦將氧化鎵列入“十四五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”。金剛石很早就被稱作“終極半導(dǎo)體”，擁有耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等特性，被認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，用其作為半導(dǎo)體芯片襯底，有望完全解決散熱問題，并利用金剛石的多項(xiàng)超級優(yōu)秀的物理化學(xué)性能。

在半導(dǎo)體技術(shù)上，日本在上世紀(jì)80年曾是全球第一，還最早發(fā)明了NAND閃存，如今日本半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)下滑，雖然在閃存芯片、制造設(shè)備等領(lǐng)域還有競爭力，但最先進(jìn)的邏輯工藝僅40nm左右，已經(jīng)落后于中國。

日本半導(dǎo)體衰落跟美國當(dāng)年的打壓以及刻意扶植韓國等因素有關(guān)，當(dāng)年Intel退出內(nèi)存芯片領(lǐng)域也是跟日本公司的競爭有關(guān)，不過現(xiàn)在的形勢變了，日本在先進(jìn)工藝上已經(jīng)跟美國展開了合作，試圖在未來幾年量產(chǎn)2nm工藝。

據(jù)日本媒體報(bào)道，日本與美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)成了合作，美國國立研究機(jī)構(gòu)和日本的大學(xué)計(jì)劃在日本國內(nèi)成立聯(lián)盟，Intel以及IBM公司也有可能參與其中，他們提供技術(shù)平臺，與日本的半導(dǎo)體設(shè)備及材料公司聯(lián)合開發(fā)可以用于數(shù)據(jù)中心及汽車自動(dòng)駕駛等行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)。

此前的消息稱，日本與美國計(jì)劃在2025年左右量產(chǎn)2nm工藝，這將是世界上最先進(jìn)的工藝，屆時(shí)不輸臺積電、三星或者Intel公司的工藝水平。