2纳米量产竞赛 双雄并立或走向一家独大

　　生成式AI带来的算力需求剧增，让全球产业对于半导体先进制程的追求进一步强烈。随着2纳米制程接近“2025年商用节点”，外界对其的关注度也再度升温。

　　在日前举行 IEEE 国际电子器件会议 （IEDM） 上，全球晶圆代工巨头台积电公布了其备受瞩目的2纳米（N2）制程技术的最新细节。据其介绍，相较于前代N3制程，N2制程在性能上提升了15%，晶体管密度提高1.15倍，功耗降低了高达30%，能效显著提升。

　　台积电CEO魏哲家在今年上半年的财报会上透露，目前正积极推进2纳米2025年大规模量产。另据外媒 phonearena援引业内人士最新消息透露，目前台积电2纳米试产良率超过60%，高于预期，明年会如期量产。

　　魏哲家日前透露，2纳米需求将高于3纳米，因此台积电正积极准备产能来满足客户需求。摩根士丹利发布的研报显示，台积电2纳米月产能将从2024年的1万片试产规模增加到2025年的5万片左右，到2026年，苹果iPhone 18内建的A20芯片会采用2纳米制程，而这将是台积电2纳米工艺的首批客户。

　　开创性工艺制程

　　不同于传统的工艺路线，全球在2纳米制程领域进行了全面革新。这一工艺也被台积电称为纳米片技术（Gate-All-Around FET，以下简称“GAA”）结构，以取代3纳米及以上的鳍式场效应晶体管（FinFET）结构。CHIP全球测试中心中国实验室主任罗国昭告诉《中国经营报》记者，相比于后者，GAA结构可以更为精确地减少漏电损耗，降低功耗。

　　罗国昭告诉记者，进入5纳米后，FinFET工艺的漏电效应就开始放大，变成棘手的问题。过去可以通过控制晶体管的间距降低这一影响，但随着制程降低，漏电已经无法解决。

　　GAA晶体管架构则拥有出色的电流控制能力与密度。罗国昭表示，通过增加栅极对通道的控制面积，GAA晶体管能够在更小的面积上提供更有效的电流流动。

　　为了配合GAA结构，台积电在2纳米工艺上引入了包括GAA晶体管、背面供电和超高性能电容器在内的多项新技术。台积电提供的数据显示，与3纳米技术相比，2纳米技术在性能和功率效率方面有着显著的提升。在相同功耗下，速度将增加10%~15%，或者在相同速度下，功耗将降低25%~30%。

　　同时，版本优化也更为重要，台积电将2纳米的迭代版本命名为N系列，目前已演进到N2版本。据台积电业务开发及全球业务资深副总暨副共同营运长张晓强表示，N2通过元件宽度调节，可使高度较低的元件有效节省面积，并拥有更高的能源效率，从而实现15%的算速提升。

　　而作为台积电最大的对手，三星在GAA上的投入策略更为激进。早在2022年6月，三星便量产了基于GAA工艺的3纳米芯片，这使得其手机芯片性能与电池效率分别提高了15%和30%，同时芯片面积减少了35%。不过，与困扰三星在研发3纳米时遇到的问题类似，据韩国媒体霸道，三星2纳米工艺良率仅在10%~20%之间。

　　半导体分析师季维认为，2纳米是半导体GAA新工艺的首度尝试，业内早前预期良率提升会比厂商公布的路线图要更为漫长，但从实际来看，台积电如期解决了良率的挑战，其商用将对随后的半导体产业市场格局产生深远影响。

　　双雄格局或不再

　　如果说2纳米时代之前，代工市场仍旧是台积电与三星双雄并立的天下。那随着2纳米芯片的问世，这一格局将出现变化。

　　目前，全球晶圆代工市场的近八成份额被两家巨头占据，但占比已极为悬殊。来自半导体市研机构TrendForce的最新数据显示，2024年第三季度，台积电以市场占有率64.9%位居全球晶圆代工市场龙头，并持续拉大与第二名三星（9.3%）的差距，而这也是三星在该机构的同类调研中首次跌破10%。

　　“3纳米开始的激进战略，让三星在良率上的调校一直频繁出现问题，这也导致了三星后面丢掉了很多急需先进制程客户的份额。”罗国昭表示，从供应链风险和竞争的角度，很多大客户并不只想将订单都交给台积电，但至少目前三星已经差距较大。

　　今年6月，在圣何塞举行的三星晶圆代工论坛期间，三星曾一度宣布要与台积电力争高下，其目标重点围绕2纳米展开。根据计划，三星将在2025年推出2纳米级的SF2节点（此前名称为SF3P），2026年推出SF2节点的性能增强版本SF2P，2027年实现第四代SF2Z芯片的大规模量产。

　　目前，2023年贡献台积电营收比重高达25%的苹果，仍将成为台积电2纳米的最大客户，据悉已包下台积电2纳米初期的全部产能，用于生产M5芯片，内建M5芯片的MacBook Pro 笔电可望成为首批采用2纳米制程的新品。

　　除苹果外，几乎垄断安卓阵营的高通与联发科两大手机芯片供应商在3纳米芯片也都选择了台积电，包括2024年发布的骁龙8Gen4与天玑9400。此外，GPU界几乎一家独大的英伟达，基于Blackwell架构的RTX 50系列也同样选择了台积电3纳米工艺。业内预计，这一趋势将扩大到2纳米。

　　罗国昭表示，台积电3纳米的订单已经排到了2026年，而由于制程技术上的优势和提前采购需要预留的时间差，目前台积电3纳米的客户不太可能转移订单，并会延续到2纳米，这或让台积电的份额进一步扩大。

　　中国大陆奋力追赶

　　随着2纳米带来明显的性能提升，以及苹果和英伟达在内的行业巨头大规模的订单，业内预计，晶圆价格将进一步上涨。据悉，N2 制程晶圆的价格将比 3 纳米制程高出 10% 以上。考虑到初期良率和试生产等因素，N2 制程的初期产量将受到限制，意味着其普及速度在初期可能会相对缓慢。

　　这也使得受制于美国管制令影响而暂时无法使用2纳米的中国大陆市场，有望获得更多发展和赶超的时间和空间。瑞恒达资深分析师王清霖此前向记者表示，虽然受到外界限制，但中国大陆本土企业对于制程的追求并未停止，除了目前已经实现量产的7纳米工艺之外，中国大陆晶圆代工厂在成熟制程上的市场增长已有目共睹。

　　TrendForce在研报中指出，近年来，中国大陆晶圆代工于成熟制程市场急起直追，尤其中国传统半导体厂商需求大幅增加，以中芯国际和华虹半导体为首的中国晶圆代工企业，对三星晶圆代工等中国业务已经有所冲击。

　　TrendForce亦指出，在美国、日本及荷兰三方对先进设备的出口管制影响下，中国大陆转而扩大投入成熟制程（28纳米及更成熟的制程），预计2027年中国大陆成熟制程产能占比可达39%，且若设备取得进度顺利，仍有增长空间。

　　罗国昭表示，2纳米的投入成本非常高，因此需要更多订单与回报来平衡支出。在失去中国大陆这一庞大市场后，对于台积电、三星在内的全球2纳米巨头无疑是一大损失。从企业经营角度这显然并不合算，但也看出地缘政治对企业造成的深远影响。

　　同时，罗国昭表示，这也反映出我国在半导体先进制程上要更进一步。目前，随着成熟制程领域的规模大幅增长，以中芯国际为代表的国产半导体已经开始展露更强实力。财报显示，2024年第三季度，中芯国际单季度实现营收156亿元，同比增长32.5%，环比增长14.1%。TrendForce统计显示，这使得其在全球的市占份额增长0.3%，达到6%市场占有率，逐渐逼近三星。

　　罗国昭认为，随着全球半导体市场的逐步复苏，国产半导体仍有较大增长空间。在本土算力市场与智算中心的大幅推动下，先进制程领域也或将有所突破。

（文章来源：中国经营网）