來看看“不約而同”的2nm時(shí)間軸進(jìn)程

從三強(qiáng)爭霸到四雄逐鹿，2nm的廝殺聲已然隱約傳來。

無論是老牌勁旅臺積電、三星，還是誓言重回先進(jìn)制程領(lǐng)先地位的英特爾，甚至初成立不久的新貴日本Rapidus，都將目光鎖定在了2025年，豪言實(shí)現(xiàn)2nm首發(fā)。

看起來，即將到來的2025年不僅是2nm制程的關(guān)鍵一年，更將是代工格局迎來重塑的拐點(diǎn)。只不過，誰能折桂這一榮耀？

爭先恐后

來看看“不約而同”的2nm時(shí)間軸進(jìn)程。

作為行業(yè)老大，臺積電稱將如期在2025年上線2nm工藝，2025年下半年進(jìn)入量產(chǎn)。2nm可謂是臺積電的一個重大節(jié)點(diǎn)，該工藝將采用納米片晶體管（Nanosheet），取代FinFET，意味著臺積電工藝正式進(jìn)入GAA時(shí)代。

有報(bào)道稱，臺積電在前不久已開始了2nm工藝的預(yù)生產(chǎn)，英偉達(dá)和蘋果有望成為首發(fā)客戶。

一直在“坐二望一”的三星在3nm率先以GAA開局，在2nm層面自然也志在必得：在其最新公布的第二季度財(cái)報(bào)中表示，2nm GAA的開發(fā)已步入正軌并進(jìn)展順利。

在之前三星也公布了2nm量產(chǎn)的具體時(shí)間表：自2025年起首先將該技術(shù)用于移動終端；到2026年將適用于采用背面供電技術(shù)的高性能計(jì)算；2027年將其用途擴(kuò)至汽車芯片。

反觀英特爾亦快馬加鞭。自宣布實(shí)施IDM2.0戰(zhàn)略以來，英特爾不遺余力四面出擊，著力向“四年五個制程節(jié)點(diǎn)”的目標(biāo)邁進(jìn)，其中Intel 20A和Intel 18A分別對應(yīng)2nm和1.8nm制程，英特爾對此寄予厚望，激進(jìn)宣布Intel 20A計(jì)劃于2024年上半年投入使用，進(jìn)展良好的Intel 18A也將提前至2024年下半年進(jìn)入大批量制造，在時(shí)間上誓要先發(fā)制人。

作為后來者，承載日本代工業(yè)復(fù)興大計(jì)的Rapidus亦不甘示弱，前不久公布了最新的生產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)將在2025年試產(chǎn)2nm，采用IBM 2nm GAA技術(shù)，目標(biāo)是2027年大規(guī)模量產(chǎn)。

2025年，或?qū)㈤_啟2nm的“華山論劍”大戲。不過業(yè)內(nèi)人士表示，誰家率先量產(chǎn)不是最重要的，就如三星率先量產(chǎn)3nm，但首先只是在挖礦芯片上采用，意義不太大，而且每家的2nm也涉及物理尺寸的不同，不能一概而論。

反超機(jī)會？

瞄準(zhǔn)2nm決戰(zhàn)，對于三星還是英特爾來說的重要性還在于，他們均將2nm工藝視為其超越競爭對手并重返先進(jìn)制程領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。

是什么給了他們底氣？

從三星來看，由于率先3nm制程中采用GAA架構(gòu)，在GAA用于先進(jìn)制程方面擁有了率先量產(chǎn)和磨合的先發(fā)優(yōu)勢。此外，三星還開發(fā)了MBCFET晶體管專利技術(shù)，為其2nm工藝競爭力再添籌碼。三星表示，與7nm FinFET相比，MBCFET可將功耗降低50%，性能提高30%，并將晶體管占用面積減少45%，提供了卓越的設(shè)計(jì)靈活性。

如果說每一代工藝有每一代的“絕活”，那么無疑背面供電（BSPDN）技術(shù)將是影響2nm對決之勢的一大因素，據(jù)稱，與 FSPDN前端供電網(wǎng)絡(luò)相比，BSPDN的性能提高了44%，能效提高了30%，三大巨頭也紛紛排兵布陣。

英特爾在這一技術(shù)層面看似先行破發(fā)。不僅將在Intel 20A制程率先采用RibbonFET架構(gòu)（相當(dāng)于GAA架構(gòu)），還將結(jié)合另一突破性技術(shù)背面供電PowerVia，這對晶體管微縮至關(guān)重要，可解決日益嚴(yán)重的互連挑戰(zhàn)，提升芯片性能和能效。通過兩大技術(shù)的“聯(lián)合”，英特爾認(rèn)為這將是新的FinFET 時(shí)刻——參考英特爾2012年在22nm引入FinFET的榮光。

值得一提的是，英特爾在第二季度宣布率先在產(chǎn)品級測試芯片上已實(shí)現(xiàn)PowerVia，相比臺積電和三星領(lǐng)先兩年，將為英特爾的反超提供巨大的優(yōu)勢。

有消息稱，臺積電計(jì)劃在2026年推出N2P工藝，這一工藝將采用背面供電技術(shù)，而且三星也將在2nm工藝采用BSPDN技術(shù)。

相較之下，2nm是臺積電首次從FinFET轉(zhuǎn)至GAA，在架構(gòu)遷移上相當(dāng)于“落后”于三星。盡管臺積電宣稱，已在N2硅的良率和性能方面都取得了“扎實(shí)的進(jìn)展”，但業(yè)內(nèi)也有質(zhì)疑說臺積電的2nm GAA工藝有良率“翻車”的風(fēng)險(xiǎn)。

前知名分析師陸行之在媒體直言，如果臺積電研發(fā)速度太慢，2nm再跟3nm一樣，離5nm間隔3~4年，就很可能被超車，并稱“一些設(shè)備商比較看好英特爾2nm/1.8nm進(jìn)度，臺積電內(nèi)部也挺緊張的，到處打探消息”，但他同時(shí)也認(rèn)為臺積電有強(qiáng)大的執(zhí)行力。

饒是如此，臺積電的綜合實(shí)力依舊不容小覷。以賽亞調(diào)研（Isaiah Research）認(rèn)為，臺積電和三星有更大的機(jī)會率先實(shí)現(xiàn)2nm量產(chǎn)，因?yàn)檫@兩大巨頭過去在先進(jìn)制程的良率和量產(chǎn)方面表現(xiàn)相對出色。

對此集微咨詢也分析，臺積電和三星在先進(jìn)工藝技術(shù)領(lǐng)域一步一個腳印，積累更全面、更扎實(shí)，向2nm推進(jìn)過程中相對率先實(shí)現(xiàn)的概率更高。英特爾雖實(shí)現(xiàn)了7nm，但在5nm和3nm節(jié)點(diǎn)層面尚需積累量產(chǎn)和磨合經(jīng)驗(yàn)，直接跳至2nm扭轉(zhuǎn)局面仍面臨一定挑戰(zhàn)。

先進(jìn)封裝的X因素

看起來2nm是工藝的決戰(zhàn)，但其實(shí)先進(jìn)封裝的重要性已然不可忽視。

先進(jìn)封裝與制程工藝可謂相輔相成，其在提高芯片集成度、加強(qiáng)互聯(lián)、性能優(yōu)化的過程中扮演了重要角色，成為助力系統(tǒng)性能持續(xù)提升的重要保障。為在工藝節(jié)點(diǎn)獲得更大的贏面，押注先進(jìn)封裝已成為三大巨頭的“顯性”選擇。

近些年來，英特爾、三星和臺積電一直在穩(wěn)步投資先進(jìn)封裝技術(shù)，各自表現(xiàn)也可圈可點(diǎn)。

綜合來看，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，臺積電的領(lǐng)先地位依舊凸顯。據(jù)了解，臺積電在先進(jìn)封裝上已獲得了可觀的收入體量，技術(shù)布局也進(jìn)入關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，未來投入規(guī)模將持續(xù)加碼。尤其是在AI產(chǎn)能需求持續(xù)升級之下，臺積電正積極擴(kuò)充第六代2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)CoWoS產(chǎn)能，將投資約28億美元打造先進(jìn)封裝廠，預(yù)計(jì)2026年底建廠完成、2027年第三季開始量產(chǎn)，月產(chǎn)能達(dá)11萬片12英寸晶圓，涵蓋SoIC、InFO以及CoWoS等先進(jìn)封裝技術(shù)。

半導(dǎo)體知名專家莫大康就表示，臺積電在CoWoS的產(chǎn)能大增，將十分有利于其爭取2nm討單。而時(shí)刻保持“兩手抓”，也讓臺積電的護(hù)城河愈加深厚。

英特爾也不逞多讓。通過多年技術(shù)探索，相繼推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等多種先進(jìn)封裝技術(shù)，在互連密度、功率效率和可擴(kuò)展性三個方面持續(xù)精進(jìn)。在今年5月，英特爾發(fā)布了先進(jìn)封裝技術(shù)藍(lán)圖，計(jì)劃將傳統(tǒng)基板轉(zhuǎn)為更為先進(jìn)的玻璃材質(zhì)基板，以實(shí)現(xiàn)新的超越。而且，英特爾也在布局硅光模塊中的CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)，以優(yōu)化算力成本。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，英特爾或可與臺積電同臺競技。

三星自然也緊追不舍。針對2.5D封裝，三星推出的I-Cube封裝技術(shù)可與臺積電CoWoS相抗衡；3D IC技術(shù)方面，三星2020年推出X-Cube封裝。此外，三星計(jì)劃在2024年量產(chǎn)可處理比普通凸塊更多數(shù)據(jù)的X-Cube封裝技術(shù)，并預(yù)計(jì)2026年推出比X-Cube處理更多數(shù)據(jù)的無凸塊型封裝技術(shù)。

對此許然認(rèn)為，三星在2.5D先進(jìn)封裝方面雖已布局多年，但是前道代工業(yè)務(wù)較弱，在一定程度上影響了其先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的進(jìn)展，客戶相對較少。不過隨著臺積電CoWoS短期內(nèi)難以滿足客戶需求，三星有希望能接到部分訂單，而且它還擁有唯一擁有從存儲器、處理器芯片的設(shè)計(jì)、制造到先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)組合的優(yōu)勢。

以賽亞調(diào)研指出，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，目前更加強(qiáng)調(diào)的是異構(gòu)芯片的整合能力。例如，MI300封裝將3nm GPU與5nm CPU芯片整合在一塊，這種整合能力對于提高芯片性能和效能至關(guān)重要。因而，未來的比拼也將圍繞這一能力展開。

全面考驗(yàn)

盡管看似巨頭們各有伯仲，但2nm的考驗(yàn)絕不止首發(fā)那么簡單。莫大康提及，盡管上述巨頭技術(shù)進(jìn)階的路徑基本相同，且都采用ASML的高NA***，但無論是良率、客戶粘性和服務(wù)均將影響2nm量產(chǎn)的進(jìn)程。

以賽亞調(diào)研也提及，各家廠商的量產(chǎn)進(jìn)程受到多種因素的影響，包括技術(shù)難度、資金投入、設(shè)備與材料支持等。

“根據(jù)目前的評估，臺積電與三星將繼續(xù)是2nm制程的主要代工廠商，因在先進(jìn)制程的良率和量產(chǎn)規(guī)模方面表現(xiàn)出色。英特爾在技術(shù)研發(fā)方面雖具有一定的優(yōu)勢，但其晶圓代工主要專注于自家產(chǎn)品，對外部客戶的合作較為有限，這對突破先進(jìn)制程的良率和量產(chǎn)穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)。而日本Rapidus雖擁有強(qiáng)大的研發(fā)資源，但主要專注在AI及超級計(jì)算機(jī)等相關(guān)產(chǎn)品，以在日本建立自己的先進(jìn)工藝供應(yīng)鏈、服務(wù)日本客戶為優(yōu)先，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的量產(chǎn)還在其次。”以賽亞調(diào)研詳細(xì)解讀說。

其中，良率可謂至關(guān)重要，畢竟2nm制程晶圓代工報(bào)價(jià)約為24570美元，成本如此之高低良率真心“傷不起”。

追溯歷史，也可以看到，雖然臺積電與三星都開始3nm芯片的量產(chǎn)，但就算最領(lǐng)先的臺積電也還在苦苦奮戰(zhàn)5nm的良率提升。連臺積電都不敢保證，何時(shí)3nm量產(chǎn)的良率能及格。也因此，日本Rapidus要實(shí)現(xiàn)2nm的量產(chǎn)，低良率恐怕會成為致命關(guān)鍵。

而影響良率的因素繁多，集微咨詢指出，這涉及高NA***、工藝優(yōu)化、設(shè)計(jì)水平、經(jīng)驗(yàn)等等。“良率需要不斷優(yōu)化提升，如果某家廠商的良率高于競爭對手一個數(shù)量級，有可能客戶在A家下的單，就會轉(zhuǎn)至B家，變數(shù)還是很大的。”

客戶的粘性也是諸多變量綜合平衡的結(jié)果。在客戶認(rèn)可度方面，雖然臺積電是眾多芯片客戶們的首選，但為了供應(yīng)鏈安全，客戶們也會有自己的Plan B計(jì)劃。

對于產(chǎn)能過剩的問題，以賽亞調(diào)研的結(jié)論是，因?yàn)?nm的技術(shù)研發(fā)門檻及單價(jià)都偏高，客戶要投片時(shí)會謹(jǐn)慎考量產(chǎn)品效能與成本間的平衡。在客戶有限的情況下，各家晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)會更多根據(jù)客戶需求開出，適時(shí)調(diào)配產(chǎn)能，因此要達(dá)到產(chǎn)能過剩的幾率不高。

2nm的代工格局走向究竟如何，要看四大廠商的“言之鑿鑿”到底有多少落到實(shí)處了。