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2nm芯片,要來了
2025-03-31 10:25

2nm芯片,要來了

本文來自微信公眾號:半導體行業(yè)觀察 (ID:icbank),作者:半導體行業(yè)觀察,題圖來自:AI生成

文章摘要
臺積電、英特爾、三星競逐2nm芯片技術(shù),臺積電2025年量產(chǎn)首用納米片晶體管,蘋果等大客戶已鎖定產(chǎn)能;英特爾18A制程計劃2025年投產(chǎn),獲英偉達等關(guān)注;三星2nm良率待突破,未來或爭取高通、蘋果訂單。日本Rapidus加速布局,1.4nm工藝競爭已拉開序幕。

? ??【臺積電突破】2nm采用納米片技術(shù),2025年量產(chǎn),蘋果包下首批產(chǎn)能,客戶排至2027年。

? ??【英特爾布局】18A制程性能提升15%,2025年投產(chǎn),吸引英偉達、博通等客戶合作。

? ??【三星挑戰(zhàn)】2nm良率僅30%,需提升至70%才能量產(chǎn),Exynos 2600原型5月試產(chǎn)。

? ??【日本新勢力】Rapidus計劃2027年量產(chǎn)2nm,與Quest Global合作開發(fā)AI芯片解決方案。

? ??【未來競爭】臺積電、三星、英特爾加速推進1.4nm工藝,預計2027年前后進入技術(shù)攻堅戰(zhàn)。

? ??【客戶爭奪】臺積電2nm獲蘋果、AMD等大廠青睞,英特爾爭取年內(nèi)投片,客戶需求超預期。

在此之前,我們討論了很多2nm,當中涵蓋了各大廠商的技術(shù)布局,個人的時間進度,以及可能潛在的市場顛覆力量。但現(xiàn)在,圍繞著2nm,又將跨進了一個新的階段。因為現(xiàn)在無論是英特爾、臺積電還是三星,都公布了他們2nm的最新消息。


而且,關(guān)于哪些廠商將會是臺積電的首批客戶,在市場上也有了很多的新進展。現(xiàn)在,請跟隨我們的腳步,去了解一下2nm的最新現(xiàn)狀。


臺積電2nm,重大突破


據(jù)臺媒報道,晶圓代工龍頭臺積電將于今天(3月31日)于高雄楠梓科學園區(qū)舉行“2納米擴產(chǎn)典禮”,此計劃將見證臺積電在先進制程技術(shù)上的重大突破,并凸顯深耕臺灣、擴大投資的決心。


典禮將由臺積電共同營運長暨執(zhí)行副總經(jīng)理秦永沛主持。法人預估,臺積電2納米制程將于2025年下半年量產(chǎn),并首次采用納米片(Nanosheet)晶體管結(jié)構(gòu)。


臺積電目前2納米生產(chǎn)基地已規(guī)劃竹科寶山與高雄廠區(qū),竹科寶山可擴充四期四個廠,高雄廠區(qū)面積則可達五期五個廠以上,并外傳南科廠區(qū)也可動態(tài)升級產(chǎn)線導入2奈米乃至A16等制程,進而因應(yīng)客戶群強勁的需求。


臺積電董事長魏哲家之前于法說會上透露,2納米需求更勝同時期的3納米。供應(yīng)鏈透露,2納米設(shè)計難度更高,因此在尚未量產(chǎn)前,已有眾多客戶開始與其接洽,包括蘋果、AMD、英特爾等客戶在內(nèi),預計在消費型產(chǎn)品上將陸續(xù)導入。


報道指出,臺積電針對寶山與高雄廠2納米訂單分配也早有定案,寶山廠首批產(chǎn)能早已被蘋果全數(shù)包下,主攻蘋果使用;高雄廠則用來支援非蘋客戶群。另外,也傳出英特爾也將爭取2納米于今年內(nèi)投片,現(xiàn)在客戶群排隊已至2027年以后,等于2納米尚未量產(chǎn),就已獲得超乎預期的市場需求。


從之前的報道可以看到,臺積電2納米(N2)采用第一代Nanosheet納米片技術(shù)的環(huán)繞柵極晶體管(GAAFET)架構(gòu);相較N3E,在相同功耗下,速度增加10~15%;而在相同速度下,功耗降低25%~30%,新品啊密度則相對增加15%以上


2納米搭配NanoFlex技術(shù),透過靈活的元件寬度調(diào)節(jié),進行效能、功耗和面積的最大化(PPA)。短單元可節(jié)省面積并提高能源效率,高單元則可提升效能,提高客戶在設(shè)計組合上的靈活性,可提升15%的速度,同時在面積與能源效率間取得最佳平衡。2納米將如期在2025年下半年進入量產(chǎn)。


臺積電在官網(wǎng)中也指出,N2技術(shù)采用第一代納米片(Nanosheet)晶體管技術(shù),提供全制程節(jié)點的效能及功耗進步,預計于202年開始量產(chǎn)。


臺積電指出,公司主要客戶已完成2納米硅IP設(shè)計,并開始進行驗證。臺積公司并發(fā)展低阻值重置導線層、超高效能金屬層間電容以持續(xù)進行2納米制程技術(shù)效能提升。


臺積電重申,公司的N2技術(shù)于2025開始量產(chǎn)時,將成為業(yè)界在密度和能源效率上最為先進的半導體技術(shù)。臺積公司N2技術(shù)采用領(lǐng)先的納米片晶體管結(jié)構(gòu),其效能及功耗效率皆提升一個世代,以滿足節(jié)能運算日益增加的需求。N2及其衍生技術(shù)將因我們持續(xù)強化的策略,進一步擴大臺積公司的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。


之前消息顯示,臺積電2納米家族延伸出N2P制程技術(shù),具備更佳的效能及功耗優(yōu)勢,為智能手機和HPC應(yīng)用提供支持,N2P計劃于2026年下半年量產(chǎn)。



英特爾1.8nm,即將量產(chǎn)


在最近向股東提交的年度報告中,英特爾首席執(zhí)行官陳立武(Lip-Bu Tan)發(fā)表了一封信,信中他表示:“今年下半年,我們將推出英特爾18A上的主打產(chǎn)品Panther Lake,進一步增強我們的地位,隨后在2026年推出Nova Lake。”


據(jù)披露,我們還處于早期英特爾18A外部客戶項目的最終設(shè)計階段,預計將在今年年中完成首次向晶圓廠制造的發(fā)布。“在重建工藝領(lǐng)導地位的同時,我們還將繼續(xù)推進未來節(jié)點的路線圖。”Intel CEO重申。相關(guān)消息顯示,英特爾首批量產(chǎn)產(chǎn)品包括面向消費端的Panther Lake處理器及2026年發(fā)布的服務(wù)器芯片Clearwater Forest。


據(jù)英特爾CEO所說,英特爾今年晚些時候在亞利桑那州最新的晶圓廠開始大批量生產(chǎn)英特爾18A。


據(jù)分析師稱,博通和英偉達這兩家人工智能芯片巨頭正在考慮在其產(chǎn)品中使用英特爾的18A(1.8納米級)工藝技術(shù)。然而,Arcuri聲稱,與博通相比,英偉達“更接近”采用英特爾作為其第二(或第三?)供應(yīng)商。AMD也表現(xiàn)出對這種制造工藝的興趣,盡管其在該節(jié)點上的進展尚不清楚。


瑞銀分析師Timothy Arcuri更是直言,如果英特爾獲得最大的無晶圓廠芯片設(shè)計公司之一Nvidia的訂單,這將是一次重大勝利,或許也是英特爾代工廠的一個轉(zhuǎn)折點。


在官網(wǎng)中,英特爾表示:“英特爾18A現(xiàn)已準備好用于客戶項目,預計將于2025年上半年開始投產(chǎn)。”據(jù)介紹,該節(jié)點擁有以下幾點優(yōu)勢:


  • 與Intel 3工藝節(jié)點相比,每瓦性能提高15%,芯片密度提高30%;


  • 北美制造的最早可用的2納米以下先進節(jié)點,為客戶提供有彈性的供應(yīng)替代方案;


  • 業(yè)界首創(chuàng)的PowerVia背面供電技術(shù),可將密度和單元利用率提高5%至10%,并降低電阻供電下降,從而使ISO功率性能提高4%,并且與正面功率設(shè)計相比,固有電阻(IR)下降大大降低;


  • RibbonFET環(huán)柵(GAA)晶體管技術(shù),可實現(xiàn)電流的精確控制。RibbonFET可進一步縮小芯片組件體積,同時減少漏電,這對于日益密集的芯片而言是一個關(guān)鍵問題;


  • HD MIM電容器可顯著降低電感功率下降,增強芯片的穩(wěn)定運行。此功能對于生成式AI等需要突然且高強度計算能力的現(xiàn)代工作負載至關(guān)重要;


  • 全面支持行業(yè)標準EDA工具和參考流程,從而實現(xiàn)從其他技術(shù)節(jié)點的平穩(wěn)過渡。借助EDA合作伙伴提供的參考流程,我們的客戶可以先于其他背面電源解決方案開始使用PowerVia進行設(shè)計;


  • 由35多個行業(yè)領(lǐng)先的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴組成的強大團隊,涵蓋EDA、IP、設(shè)計服務(wù)、云服務(wù)以及航空航天和國防領(lǐng)域,有助于確保廣泛的客戶支持,從而進一步簡化采用。


從工藝組合上看,如下圖所示,除了18A,英特爾還在準備其性能增強型18A-P制造技術(shù),該技術(shù)有望在相同功率下提高性能,或在相同性能下降低功率。分析師認為,這個生產(chǎn)節(jié)點可能對希望在最小化功耗的同時最大化性能的外部客戶更有吸引力。



三星2nm,艱難中前行


作為最早投入GAA量產(chǎn)的廠商,因為良率原因,三星在先進的3nm GAA工藝中一直艱難前行,這同樣體現(xiàn)在其2nm產(chǎn)品上。這也就是為何三星晶圓代工負責人在上任之初就表示——我們將專注于大幅提高2納米制造工藝良率的原因。


早在去年7月,全三星電子宣布,將向日本領(lǐng)先的人工智能公司Preferred Networks提供采用2納米代工工藝和先進的2.5D封裝技術(shù)Interposer-Cube S(I-Cube S)的交鑰匙半導體解決方案。


據(jù)介紹,通過利用三星領(lǐng)先的代工和先進的封裝產(chǎn)品,Preferred Networks旨在開發(fā)強大的AI加速器,以滿足生成式AI驅(qū)動的計算能力不斷增長的需求。


三星表示,自從開始量產(chǎn)業(yè)界首個采用全柵(GAA)晶體管架構(gòu)的3nm工藝節(jié)點以來,公司成功贏得了2nm工藝的訂單,性能和能效得到了進一步提升,從而鞏固了其GAA技術(shù)領(lǐng)先地位。在三星看來,此次與Preferred Networks的合作,是日本企業(yè)在大尺寸異質(zhì)集成封裝技術(shù)領(lǐng)域的首戰(zhàn)告捷,三星也計劃趁此加速其在全球領(lǐng)先先進封裝市場的攻勢。


日前,有報道指出,隨著其在2nm GAA工藝上試產(chǎn)的Exynos 2600已達到30%的良率,三星可能即將開始全面晶圓生產(chǎn),但這一切都取決于它能否將這些良率擴大到可接受的水平。


報道強調(diào),自從報道三星試制成功率達到30%以來,三星2nm GAA的良率提升了多少還不得而知,但據(jù)報道,采用上述技術(shù)制造的Exynos 2600原型機將于今年5月投入生產(chǎn)。這一先機將為三星提供必要的喘息空間,以確保其能夠緩慢提高良率并實現(xiàn)量產(chǎn)。2nm GAA節(jié)點至少需要達到70%的良率才能開始接受其他客戶的訂單。


天風國際分析師郭明淇此前曾評論說,由于這個數(shù)字是在大約三個月前公布的,這可能意味著這些良率將遠高于60%,而制造工藝將用于蘋果的A20 SoC,該SoC將于2026年下半年在iPhone 18系列中使用。憑借臺積電目前的進展,該公司有能力在2025年底前達到每月50,000片晶圓的產(chǎn)量,因此即使三星處于領(lǐng)先地位,其競爭對手也將遠遠超過它。但是,如前所述,如果2nm GAA良率回升,沒有什么能阻止三星重新獲得失去的市場份額。


報道透露,高通和蘋果可能在2nm芯片上采用三星的工藝,但必須強調(diào)的是,這僅僅是猜測。


具體到技術(shù)方面,三星表示,通過對SF3P進行了改進,形成了我們現(xiàn)在所說的SF2。這個增強節(jié)點采用了各種工藝設(shè)計改進,帶來了顯著的功率、性能和面積(PPA)優(yōu)勢。


展望2026年,三星將推出SF2P,這是SF2的進一步改進,采用了“速度更快”但密度更低的晶體管。2027年,三星將推出SF2Z,增加背面供電,以實現(xiàn)更好、更高質(zhì)量的供電。特別是,三星瞄準的是電壓降(又稱IR Drop),這是芯片設(shè)計中一直關(guān)注的問題。


三星強調(diào),公司已經(jīng)優(yōu)化了BSPDN,并首次將其納入我們今天宣布的SF2Z節(jié)點中。



寫在最后


在三大巨頭在推進2nm之際,日本的Rapidus也更新了公司的2nm進展。


據(jù)報道,目前Rapidus正在北海道千歲市建設(shè)2nm晶圓工廠,試產(chǎn)產(chǎn)線計劃在2025年4月啟用,目標是2027年開始量產(chǎn)2nm。


日前,Rapidus宣布,將與Quest Global Services PTE簽署合作備忘錄。作為Quest Global的新半導體代工合作伙伴,能為客戶提供廣泛的解決方案。Rapidus指出,Quest Global客戶將能夠利用Rapidus的2nm全柵極(GAA)制造工藝來開發(fā)工程設(shè)計和制造解決方案,以支持行業(yè)對低功耗人工智能半導體日益增長的需求。據(jù)透露,兩家公司將共同為無晶圓廠公司提供虛擬集成設(shè)備制造商(IDM)模式的變革性硅解決方案。


但毫無疑問,這家新貴,舉例前面三個老法師,還有不少的差距。


在2nm到來之際,圍繞著下一代的工藝的競爭也已經(jīng)如火如荼上演。


據(jù)臺媒引述臺積電供應(yīng)鏈透露,臺積電在1.4nm制程推進獲得重大突破,臺積電近期已通知供應(yīng)商備妥1.4nm所需設(shè)備,預定今年先進新竹寶山第二廠裝設(shè)試產(chǎn)線(Mini-line),同時也計劃將原訂采用2nm制程的寶山晶圓20廠的三廠和四廠,作為1.4nm的生產(chǎn)據(jù)點。


三星在此前也透露,1.4nm級節(jié)點SF1.4也有望在2027年問世。但有趣的是,它似乎沒有背面供電。根據(jù)目前的路線圖,三星將是唯一一家在其首個1.4nm/14 A級節(jié)點中未使用BSPDN的代工廠。


至于Intel將會使用High-NA EUV光刻機生產(chǎn)14A(也就是1.4nm級工藝產(chǎn)品)及其變體英特爾14A-E,則有望將在2027年或之前某個時候推出。據(jù)介紹,這個新的制造節(jié)點都力求比前一個節(jié)點的性能提升15%。


圍繞著這些工藝,一場新的技術(shù)攻堅戰(zhàn),也正在激烈上演。

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