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2nm之战:一枝独秀不是春

05/16 09:00
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台积电在北美技术论坛上大秀2nm制程最新技术;三星半导体业务总裁Kyung Kye-hyun公开表示,三星将在2nm工艺中赶超台积电成为客户的首选;英特尔与ARM携手研发能与台积电、三星2nm制程相媲美的18A工艺……

近日,台积电、三星、英特尔都在2nm工艺上“大秀肌肉”。随着三大家2nm量产时间的不断接近,竞争也进入到了白热化阶段。尽管长期以来,台积电在先进制程方面保持领先,业内也对台积电2nm工艺抱有很大期待。但是三星和英特尔当仁不让,纷纷在2nm工艺上拿出“看家本领”。2nm工艺将继续由台积电“一枝独秀”,还是三大家“百花齐放”?

2nm成“逆风翻盘”的关键?

无论是三星还是英特尔,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。

三星半导体业务总裁Kyung Kye-hyun于近日公开表示,在4nm节点三星落后台积电2年时间,3nm节点大约落后1年,但是三星的2nm工艺得到了客户的认可,客户对三星的GAA晶体管技术很满意,几乎所有大公司都在与三星合作。因此Kyung Kye-hyun认为,在2nm工艺上,三星将超越台积电成为客户首选。

而英特尔也在此前制定了4年5个节点的目标,并公开表示2025年重返产业巅峰,而近期英特尔公开18A工艺的量产时间是在2024年年底,可见英特尔也将18A工艺视为其在2025年重返产业巅峰的关键制程。

英特尔最新技术路线图

为何三星和英特尔均将2nm视为超越台积电的关键制程?其自信来自于GAA晶体管技术的使用。

据了解,无论是三星还是英特尔,在搭载GAA架构的2nm芯片量产之前,都在相近制程搭载GAA架构的芯片进行“试水”。例如,三星在3nm制程中首次采用GAA架构;而英特尔会在20A制程率先采用RibbonFET架构(相当于GAA架构)。而对于台积电而言,2nm是其首次从FinFET转至GAA,在架构迁移上相当于“落后”了三星足足三年。

三星电子晶体管结构路线图

此外,首次搭载GAA架构的芯片往往会因为新技术不够成熟而出现种种问题,例如,尽管三星的GAA架构曾在其存储芯片领域有一些技术积累,但首次采用GAA架构的三星3nm工艺也只有10%~20%左右的良率。经过改良后,三星搭载GAA架构的3nm的良率已达到60%~70%左右。可以看出,三星在GAA用于先进制程方面,已经有了率先量产、率先磨合的先发优势。

相比之下,在GAA工艺架构方面,台积电还没有“火力全开”。当台积电采用GAA工艺架构之时,三星与英特尔在GAA架构方面的技术已经相对完善。这也使得业内有声音认为,台积电更换了GAA工艺架构后的2nm芯片,会走三星的“老路”,有良率“翻车”的风险。

台积电存在落后的风险吗?

那么,在2nm的战争中,台积电真的要落后了吗?实则不然。

台积电最新半导体制造工艺路线图

业内专家莫大康表示,决定芯片良率的因素不仅仅在于GAA架构技术的成熟程度,也在于关键设备的使用情况。而这一关键设备便是台积电、三星、英特尔均在大力争取的ASML的高数值孔径光刻机。而尽管三大家最终均有机会先后获得ASML的高数值孔径光刻机,但是用同样的设备流片,在芯片的成品率方面,三星、英特尔也很难与台积电相媲美。

“台积电与ASML的关系十分紧密,基本上ASML最新的设备都会优先卖给台积电,而ASML可以说是目前世界上唯一能做出2nm以下设备的厂商。这也就意味着当台积电获得更先进制程芯片的设备时,三星、英特尔仍只能用原有设备来进行先进制程的芯片生产,导致其在芯片的良率以及制造芯片的速度方面难以超越台积电。”莫大康向《中国电子报》记者表示。

此外,莫大康表示,台积电与ASML之间是互补的关系,台积电在向ASML购买设备的同时,也经常向ASML反向提供数据。这也使得ASML的设备相比较于其他家而言,更加符合台积电的芯片生产情况。因此,用同样的设备流片,台积电芯片的成品率往往也能更甚一筹。

谁是最后的赢家?

莫大康曾表示,从三大家的技术储备上看,均具备2025年量产2nm工艺的实力,但是在良率以及客户认可度方面会有所差别。那么在“百花齐放”的情况下,谁将成为最后的赢家?谁又将更能获得业内客户们的芳心?

目前来看,台积电是众多芯片客户们的首选,但为了避免芯片价格“水涨船高”,客户们同样会“雨露均沾”。“在芯片良率方面,台积电一直遥遥领先,这也造成了很多客户丧失了议价权,导致芯片价格持续高涨。因此,若是三星、英特尔的良率能够提升,同样也会有客户愿意进行尝试。”莫大康向《中国电子报》记者说。

“为防止一家独大,下游客户也会有意识地分配一部分业务给到除台积电以外的其他厂商,作为替代和备选。”创道投资咨询总经理步日欣对《中国电子报》记者说。

其中最典型的例子当属高通。此前,高通一直是台积电的大客户之一,而高通骁龙 8 Gen 1芯片采用的是三星4nm工艺。虽然,在搭载三星4nm工艺芯片之后,由于三星芯片功耗过高而中途再次换成了台积电4nm芯片,但是,近期也有消息称,随着三星芯片良率的提升,高通未来Snapdragon 8系列处理器极有可能再次采用三星的芯片。此外,在英特尔20A以及18A制程的客户名单中,同样也能看到高通的身影。

此外,莫大康表示,先进制程有着庞大的市场需求,仅凭某一家的产能很难支撑。因此,哪怕某些厂商的芯片会有陷入性能“滑铁卢”的风险,也依旧会有大批厂商愿意去“尝尝螃蟹”,一起磨合。

一枝独秀不是春,百花齐放春满园。在这场2nm之战中,无论是一直以来遥遥领先的台积电,还是奋力追赶的三星和英特尔,都很难成为绝对的赢家。“三大家”你来我往形成了拉锯战,而正是这样的拉锯战,促使摩尔定律在重重困难之下,仍不断按照一定速度向前延伸。

作者丨沈丛

编辑丨邱江勇

美编丨马利亚

监制丨赵晨

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