芯片工艺大步迈进：台积电官宣2nm制程，2025年才能量产

芯片工艺的技术从7nm开始就是一个分水岭，别看7nm工艺已经用了很多年，但是真正掌握7nm工艺并且能将其量产化的，全世界也不过只有台积电和三星两家公司而已。Intel算是已经攻克了7nm的难关，而且看起来性能要大大强于台积电和三星，Intel自己也将其命名为Intel 4工艺，意思是可以和台积电以及三星的4nm比肩。而除了这三家之外，再也没有其他芯片代工厂商能突破到7nm的工艺，国内的中芯国际目前也只能量产14nm的芯片，但也算掌握了12nm的工艺，不过和海外三家相比，差距还是很大。

当然从需求来看，虽然现在大量的高级终端产品都采用了先进的工艺，比如手机、处理器、显卡等等，但事实上成熟工艺的需求依然很大，而且随着芯片工艺的进步，先进工艺再向前发展的难度的确也在增加，三星4nm的良率都很成问题，台积电3nm则一再延期，Intel的7nm工艺最快也要明年才能看得到，这已经很说明问题了。

不过即使如此，芯片技术的发展是无法停滞的，台积电很早就公布了自己2nm甚至1nm的路线图，但是没有具体的说明。而在近日的台积电技术论坛上，台积电不但详细介绍了自家3nm工艺的技术架构，同时也正式官宣了2nm芯片工艺，看起来在短时间里，还没有什么厂商能撼动台积电的在芯片代工行业的地位，而台积电此举也可以保证大量客户厂商对自己的依赖性，使得自家的先进工艺在未来依然为自己带来大量的收入和利润。

先来看台积电的3nm工艺，台积电的3nm工艺会采用FINFLEX技术，这一技术扩展了芯片工艺的性能、功率和密度范围，允许芯片设计人员使用相同的设计工具集为同一芯片上的每个关键功能块选择最佳选项。简单来说就是能做到超高能效、最低功耗、最低泄漏和最高密度，同时在高能效表现，在性能、功率和密度之间取得良好的平衡，还能以最快的时钟频率和最高的性能满足最苛刻的计算需求。

台积电表示，目前芯片一种趋势是采用混合架构的处理器，即高性能的内核与高能效的内核搭配使用，同时还辅以各种功能模块。借助FINFLEX技术，设计人员可以为同一个芯片上的这些功能模块选择最佳的工艺配置，优化每个模块同时不会影响其他模块。这种设计其实从我们来看非常适合手机芯片以及处理器。

台积电认为其N3制程节点在工艺技术上将处于领先水平，可以为任何产品提供最广泛且灵活的设计范围。此外，台积电通过与EDA合作伙伴密切合作，让客户能够通过使用相同的工具集，在产品中充分利用FINFLEX技术。从目前来看，三星的3nm应该还早，台积电的3nm有可能会和Intel 4芯片工艺进行直接的竞争，毕竟Intel自己也要代工芯片了。

之前曾一度传出苹果今年的产品会使用台积电的3nm，不过因为技术原因，台积电推迟了3nm的量产技术。而且台积电也降低了原有3nm的规格，这样可以尽快将3nm推向市场。第二版3nm制程的N3B会在今年8月份率先投片，第三版3nm制程的N3E的量产时间可能由原来的2023年下半年提前到2023年第二季度。据了解，N3E在N3基础上减少了EUV光罩层数，从25层减少到21层，逻辑密度低了8%，但仍然比N5制程节点要高出60%。这样明年的苹果iPhone 15用上台积电的3nm应该没有疑问了。

至于2nm工艺，也就是台积电的N2，这是其第一个使用Gate-all-around FETs（GAAFET）晶体管的制程节点，三星会在3nm工艺上采用，不过台积电称之为“Nanosheet”，用来取代FinFET。N2工艺将提供更全面的性能和功率表现，不过密度方面的提升不大。N2的密度提升大概是N3E的1.1倍，同功率下会有10%到15%的性能提升，同频下功耗可降低25%到30%。N2将会用于CPU、GPU和移动平台的SoC等，不过估计会采用MCM来打造芯片，以实现更高的性能和规模，预计2025年末进入大批量生产阶段。

所以很长一段时间里，台积电都会将先进工艺的主力放在5nm和3nm上，特别是3nm工艺，现在看来进步会比较大，反而2nm的工艺就没想象的那么强。不过即使如此，到了2nm工艺后，台积电也会采用新的光刻机，ASML最高端的高数值孔径极紫外光（High-NA EUV）光刻机，目前台积电还没有拿到，当然这主要是生产难度太大，ASML自己也很头疼，台积电估计要在2024年才能拿到这一光刻机，前期会主要用于研究。

不过在ASML光刻机部分，Intel则会领先于台积电，Intel是首个拿到ASML High-NA EUV光刻机的厂商，也会是行业第一个部署这一光刻机的厂商，当然主要是为了Intel 4之后的工艺做准备。当然这一光刻机目前也只有Intel、台积电和三星订购，其他芯片代工厂没有这个打算，一个是成本实在太高，另外也是自己技术跟不上。

至于国内，目前连ASML的EUV光刻机都拿不到，很难在芯片工艺上和海外几个厂商相比，DUV光刻机倒是能拿到，不过使用这一光刻机，能不能彻底解决7nm芯片都很难，毕竟像中芯国际目前都还没能量产12nm芯片。至于国产光刻机，目前据说可以解决28nm芯片，但良率和技术成本这些都没有公布，作为芯片厂商来说，从商业角度出发，也不可能将其作为主要光刻机来部署。