2nm决战2025

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集微网报道 从三强争霸到四雄逐鹿，2nm的厮杀声已然隐约传来。
无论是老牌劲旅台积电、三星，还是誓言重回先进制程领先地位的英特尔，甚至初成立不久的新贵日本Rapidus，都将目光锁定在了2025年，豪言实现2nm首发。
看起来，即将到来的2025年不仅是2nm制程的关键一年，更将是代工格局迎来重塑的拐点。只不过，谁能折桂这一荣耀？
争先恐后
来看看“不约而同”的2nm时间轴进程。
作为行业老大，台积电称将如期在2025年上线2nm工艺，2025年下半年进入量产。2nm可谓是台积电的一个重大节点，该工艺将采用纳米片晶体管（Nanosheet），取代FinFET，意味着台积电工艺正式进入GAA时代。
有报道称，台积电在前不久已开始了2nm工艺的预生产，英伟达和苹果有望成为首发客户。
一直在“坐二望一”的三星在3nm率先以GAA开局，在2nm层面自然也志在必得：在其最新公布的第二季度财报中表示，2nm GAA的开发已步入正轨并进展顺利。
在之前三星也公布了2nm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。


反观英特尔亦快马加鞭。自宣布实施IDM2.0战略以来，英特尔不遗余力四面出击，着力向“四年五个制程节点”的目标迈进，其中Intel 20A和Intel 18A分别对应2nm和1.8nm制程，英特尔对此寄予厚望，激进宣布Intel 20A计划于2024年上半年投入使用，进展良好的Intel 18A也将提前至2024年下半年进入大批量制造，在时间上誓要先发制人。
作为后来者，承载日本代工业复兴大计的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2nm，采用IBM 2nm GAA技术，目标是2027年大规模量产。
2025年，或将开启2nm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，就如三星率先量产3nm，但首先只是在挖矿芯片上采用，意义不太大，而且每家的2nm也涉及物理尺寸的不同，不能一概而论。
反超机会？
瞄准2nm决战，对于三星还是英特尔来说的重要性还在于，他们均将2nm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？
从三星来看，由于率先3nm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。此外，三星还开发了MBCFET晶体管专利技术，为其2nm工艺竞争力再添筹码。三星表示，与7nm 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2nm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。
英特尔在这一技术层面看似先行破发。不仅将在Intel20A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，提升芯片性能和能效。通过两大技术的“联合”，英特尔认为这将是新的FinFET 时刻——参考英特尔2012年在22nm引入FinFET的荣光。
值得一提的是，英特尔在第二季度宣布率先在产品级测试芯片上已实现PowerVia，相比台积电和三星领先两年，将为英特尔的反超提供巨大的优势。
有消息称，台积电计划在2026年推出N2P工艺，这一工艺将采用背面供电技术，而且三星也将在2nm工艺采用BSPDN技术。


相较之下，2nm是台积电首次从FinFET转至GAA，在架构迁移上相当于“落后”于三星。尽管台积电宣称，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的2nm 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，如果台积电研发速度太慢，2nm再跟3nm一样，离5nm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2nm/1.8nm进度，台积电内部也挺紧张的，到处打探消息”，但他同时也认为台积电有强大的执行力。
饶是如此，台积电的综合实力依旧不容小觑。以赛亚调研(Isaiah Research)认为，台积电和三星有更大的机会率先实现2nm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，台积电和三星在先进工艺技术领域一步一个脚印，积累更全面、更扎实，向2nm推进过程中相对率先实现的概率更高。英特尔虽实现了7nm，但在5nm和3nm节点层面尚需积累量产和磨合经验，直接跳至2nm扭转局面仍面临一定挑战。
先进封装的X因素
看起来2nm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，其在提高芯片集成度、加强互联、性能优化的过程中扮演了重要角色，成为助力系统性能持续提升的重要保障。为在工艺节点获得更大的赢面，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、三星和台积电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，台积电的领先地位依旧凸显。据了解，台积电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，未来投入规模将持续加码。尤其是在AI产能需求持续升级之下，台积电正积极扩充第六代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，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，台积电在CoWoS的产能大增，将十分有利于其争取2nm讨单。而时刻保持“两手抓”，也让台积电的护城河愈加深厚。


英特尔也不逞多让。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。在今年5月，英特尔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，英特尔也在布局硅光模块中的CPO（共封装光学）技术，以优化算力成本。在先进封装领域，英特尔或可与台积电同台竞技。
三星自然也紧追不舍。针对2.5D封装，三星推出的I-Cube封装技术可与台积电CoWoS相抗衡；3D IC技术方面，三星2020年推出X-Cube封装。此外，三星计划在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CoWoS短期内难以满足客户需求，三星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的整合能力。例如，MI300封装将3nm GPU与5nm CPU芯片整合在一块，这种整合能力对于提高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2nm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ASML的高NA光刻机，但无论是良率、客户粘性和服务均将影响2nm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，台积电与三星将继续是2nm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。英特尔在技术研发方面虽具有一定的优势，但其晶圆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Rapidus虽拥有强大的研发资源，但主要专注在AI及超级计算机等相关产品，以在日本建立自己的先进工艺供应链、服务日本客户为优先，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2nm制程晶圆代工报价约为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，虽然台积电与三星都开始3nm芯片的量产，但就算最领先的台积电也还在苦苦奋战5nm的良率提升。连台积电都不敢保证，何时3nm量产的良率能及格。也因此，日本Rapidus要实现2nm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、设计水平、经验等等。“良率需要不断优化提升，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，虽然台积电是众多芯片客户们的首选，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2nm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。
2nm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。

来源：https://view.inews.qq.com/k/20230804A07D2600
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