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距离 2nm 制程量产还有一年左右的时间，当下，对于台积电、三星和英特尔这三大玩家来说，都进入了试产准备期，新一轮先进制程市场争夺战一触即发。

经过多年的技术积累、发展和追赶，在工艺成熟度和良率方面，三星、英特尔与台积电的差距越来越小了，在 2nm 时代，台积电依然占据优势地位的局面可以预见，但与 5nm 和 3nm 时期相比，市场竞争恐怕会激烈得多。

三大玩家的 2nm 技术路线

在发展 2nm 制程技术方面，台积电、三星和英特尔既有相同点，也有不同之处，总体来看，台积电相对稳健，英特尔相对激进，三星则处于居中位置。

首先看台积电。

该晶圆代工龙头的 2nm 制程将包括 N2、N2P 和 N2X 三个版本，预计 2025 下半年开始量产其第一代 GAAFET N2 节点芯片，2nm 的下一个版本 N2P 将在 2026 年底量产。与英特尔不同，台积电的这两个版本 2nm 工艺没有使用背面供电技术，不过，整个 N2 系列将增加台积电新的 NanoFlex 功能，该功能允许芯片设计人员在同一模块中匹配来自不同库（高性能、低功耗、不同面积）的单元，以提高性能或降低功耗。

为了控制成本，台积电将使用 GAAFET 晶体管架构，而不是传说中的互补式场效应晶体管（CFET）。

台积电的 3nm 工艺已经支持一种称为 FinFlex 的功能，它也允许设计人员使用来自不同库的单元，不过，N2 依赖于 GAAFET 纳米片晶体管，使 NanoFlex 提供了一些额外的控制能力，可以优化性能和功率的通道宽度。

与 N3E 相比，台积电预计 N2 在相同功率下可将性能提高 10%~15%，或在相同频率和复杂性下将功耗降低 25%~30%。

N2 之后将是性能增强型 N2P，以及 2026 年的电压增强型 N2X。尽管台积电曾表示 N2P 将在 2026 年增加背面供电网络（BSPDN），但看起来情况并非如此，N2P 将使用常规供电电路，具体原因尚不清楚。

N2 仍有望采用与电源相关的创新，也就是超高性能金属绝缘体金属（SHPMIM）电容器，这种电容器可以提高电源稳定性，SHPMIM 电容器的容量密度是台积电现有超高密度金属绝缘体金属（SHDMIM）电容器的两倍多。

下面看三星。

三星也将于 2025 年量产 2nm（SF2）制程芯片，然后于 2026 年采用背面供电技术。与 3nm 工艺（SF3）相比，三星的 2nm 工艺性能提升 12%，功率效率提升 25%，面积减少 5%。

相对于台积电而言，三星公布的 2nm 制程工艺技术细节不多，不知道量产时是否会有什么大招放出。

最后看英特尔。

2024 年初，在发布其「四年内五个节点」计划（称为「5N4Y」）时，英特尔介绍了其 20A（2nm 级）制程技术，该工艺计划在 2025 年初投入生产。

据悉，英特尔的 20A 引入了 RibbonFET GAA 晶体管和 PowerVia 背面供电技术，而之后的升级版本 18A 则将改进这两种技术。该公司是背面供电技术的积极倡导者，并在不断改进，因此，预计英特尔也将会在 2nm 制程技术领域有较多创新。

英特尔将比台积电早两年使用背面供电技术，此外，在使用 GAA 晶体管架构方面，也比台积电早一年半的时间。但是，是否可以将这些新技术转化成实实在在的量产优势，关键还是要看英特尔能否将 PPA（性能、功耗、面积）优化到位。

数字游戏

2024 年 3 月，三星电子通知客户和合作伙伴，宣布将新版第二代 3nm 工艺改名为 2nm。三星称，该工艺将在今年年底量产。

一位 IC 设计业内人士表示：「我们收到了三星电子的通知，他们正在将第二代 3nm 制程更名为 2nm。我们去年与三星电子代工厂签订的第二代 3nm 制程合同也将更名为 2nm，因此，我们需要在不久的将来重写合同。」

有业内人士表示，三星第二代 3nm 制程减小了晶体管尺寸，很大程度上是为了满足营销的需要。

台积电在 IEEE 国际电子元件会议（IEDM）上揭露，将继 2nm 后，推出 1.4nm 制程，且延续将 2nm 正式命名为 A20 的做法，1.4nm 被命名为 A14，预计 2027~2028 年量产。

三星紧追台积电不放，宣布计划 2027 年量产 1.4nm 制程。

英特尔对制程的命名则一改多年前的「倔强」，不再固守摩尔定律的绝对规范，而是考虑到更多的商业化拓展需求，让制程节点听起来更接近市场和客户习惯。因此，该公司 CEO 基辛格在主持英特尔创新日台北场时重申，Intel 7 已进入量产阶段，Intel 4 现已量产准备就绪，Intel 3 也会按计划于今年底推出。他在现场展示了以 Intel 20A 试产出的晶圆，预计将用于 2025 年推出的 Arrow Lake 处理器，Intel 18A 也将有望在 2025 下半年进入量产阶段。

目前，对于 5nm 及以下的先进制程工艺，出现了越来越多的「数字游戏」，这也是竞争压力下的产物，由于台积电的先进制程在业内深入人心，要想提升竞争力，获得更多市场份额，就不得不顺应市场需求和客户习惯，才有助于拓展市场空间。

2nm 制程量产的挑战

2025 年是 2nm 制程量产元年，真正的较量恐怕会出现在 2026 年。对于台积电、三星、英特尔，以及日本的 Rapidus 来说，依然需要解决各自的问题，才能将量产工作铺开。

台积电的高成本

International Business Strategies（IBS）的分析师认为，与 3nm 处理器相比，2nm 芯片成本将增长约 50%。

IBS 估计，一个产能约为每月 50000 片晶圆（WSPM）的 2nm 产线的成本约为 280 亿美元，而具有类似产能的 3nm 产线的成本约为 200 亿美元。增加的成本，很大一部分来自于 EUV 光刻设备数量的增加，这将大大增加每片晶圆和每个芯片的生产成本，而能够接受如此高成本芯片的厂商，只有苹果、AMD、英伟达和高通等少数几家。

IBS 估计，2025~2026 年，使用台积电 N2 工艺加工单个 12 英寸晶圆将花费苹果约 30000 美元，而基于 N3 工艺的晶圆成本约为 20000 美元。

随着对 AI 处理器需求的增加，英伟达在台积电收入中的份额会在 2024 年增加，该公司已经预订了台积电晶圆代工和 CoWoS 封装产能，以确保其用于 AI 的优质处理器的稳定供应。今年，AMD 在台积电总营收中的份额有望超过 10%。

正是有苹果、英伟达、AMD 等大客户下单，台积电才会大规模投资最先进制程，否则，像 2nm 这样烧钱的制程产线，是很难持续支撑下去的。但是，就目前的情况来看，台积电对 2024 全年的晶圆代工市场预判较为保守，认为之前的预估过于乐观了，之前预估该行业年增长 20% 左右，现在看来，增长率可能只有 10% 左右。在这种情况下，虽然有大客户的订单，也必须控制一下成本和资本支出了。

目前，台积电正在全方位的控制成本，包括 EUV 设备的支出，电能的节省等。虽然在 2nm 制程成本方面，其它几家厂商也会面临成本问题，但为了追赶台积电，三星和英特尔似乎在成本方面没有台积电那么敏感。另外，由于台积电要在美国新建至少两座先进制程晶圆厂，这给它带来了很多额外的成本压力。因此，台积电的 2nm 制程产线必须精打细算。

三星的良率问题

对于晶圆代工来说，良率非常重要，它直接影响生产成本和客户认可度。

自从进入 5nm 制程时代以来，良率一直是三星晶圆代工业务所面对的最大问题，特别是在 3nm 制程节点上，三星率先引入了全新的 GAA 架构晶体管，与以往使用的 FinFET 晶体管有较大区别，也使良率问题进一步放大。

据 Notebookcheck 报道，三星的 3nm 工艺良率在 50% 附近徘徊，依然有一些问题需要解决。三星 2023 年曾表示，其 3nm 工艺量产后的良率已达到 60% 以上，不过，现在看来，当时过于乐观了。

今年 2 月，据韩媒报道，三星新版 3nm 工艺存在重大问题，试产芯片均存在缺陷，良率为 0%。报道指出，采用 3nm 工艺的 Exynos 2500 芯片因缺陷未能通过质量测试，导致后续 Galaxy Watch 7 的芯片组也无法量产。报道指出，由于 Exynos 2500 芯片试产失败，三星推迟了大规模生产，目前，尚不清楚是否能够及时解决良率问题。

为了追赶台积电，三星的 3nm 制程工艺采取了比较激进的策略，主要体现在 GAA 晶体管架构上，台积电的 3nm 依然采用 FinFET。2nm 才会转向 GAA 晶体管，激进的结果就是要在良率方面付出一些代价。

如果 3nm 的良率问题不能解决，2nm 恐怕会出现同样的问题。

英特尔的客户

对于晶圆代工业新进入者，英特尔面临的最大问题当然是客户认可度，特别是像 2nm 这样先进的制程工艺，对于在 10nm 以下晶圆代工市场鲜有量产经验和出货量的厂商来说，在与台积电和三星的竞争中，如何抢夺客户，特别是有较大出货量需求的客户（2nm 成本很高，若出货量小，根本不可能盈利），是一大挑战。

Rapidus 的挑战

日本 Rapidus 晶圆厂的 2nm 制程工艺源自 IBM。Rapidus 派遣工程师前往 IBM 在纽约的奥尔巴尼纳米技术中心进行研发，并与 IBM 以外的合作伙伴合作开发 2nm 工艺，目标是在 2020 年代后期进行大规模生产。

与英特尔类似，Rapidus 是晶圆代工业的新进入者，大规模生产工艺研发是从零开始的，客户认可度是一大挑战。

假设已经投资 Rapidus 的丰田汽车、电装、NTT、IBM 等公司将他们需要的先进制程芯片交由 Rapidus 代工生产，但是，这些厂商能有多少 2nm 制程芯片需求？而将先进制程芯片外包给台积电、三星等晶圆代工厂的客户，如苹果、高通、AMD、英伟达和联发科，才是出货量大户，他们能否选择 Rapidus，关键在于这些大客户能够充分了解并认可 Rapidus 的工艺水平，以及所创造的附加值，如果不能的话，他们很难将订单从台积电和三星那里转出。

另外，仅仅在奥尔巴尼学到了 IBM 的 2nm 工艺，并不意味着可以直接将其应用于 Rupidus 晶圆厂的大规模生产，有很多工程问题需要解决，这不是一朝一夕的事情。

还有一个问题是 Rapidus 能获得多少 EUV 设备，这对 2nm 制程芯片量产至关重要。ASML 在 2022 年的 EUV 光刻设备出货量约为 55 台，2023 年的产能提高到 60 台以上，到 2025 年可达到 90 台左右。但是，随着制程工艺的特征尺寸小越来越小，EUV 光刻的层数会持续增加，其它几家晶圆厂会持续争夺 EUV 设备，Rapidus 能得到多少呢？

结语

据韩媒报道，台积电总裁魏哲家没有出席 23 日在台北举行的台积电 2024 年技术论坛，是因为他前往欧洲秘密访问 ASML 荷兰总部和德国工业激光大厂 TRUMPF。

为了冲刺先进制程晶圆代工，英特尔已成为 ASML 首台最新型 High-NA EUV（高数值孔径 EUV 光刻机）的买家。台积电高层原本表示，其 2nm 和 A16 制程节点并不需要 High-NA EUV，因为它太贵了。但据 BusinessKorea 报道，台积电总裁魏哲家这次秘密飞往荷兰，是与 ASML 商讨 EUV 设备事宜。

虽然魏哲家的访欧行程是保密的，但 ASML 新任 CEO 富凯（Christophe Fouquet）和 TRUMPF 公司 CEO 卡穆勒（Nicola Leibinger-Kammüller）都在社群媒体上曝光了魏哲家到访的消息。富凯直言，ASML 向魏哲家介绍了公司的最新技术与产品，包括 High-NA EUV 设备将如何实现未来半导体的微制程工艺技术。

这可以从一个侧面反映出台积电、英特尔和三星争夺新一代光刻设备的竞争在升温，2nm 及以下先进制程的竞赛已经开打。

关键词： SoC

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