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來源：半導體行業觀察 據臺媒報道，臺積電2nm試運行將于下周開始，這要比預期的要早得多。 臺積電在微細制程領域一直處于芯片制造領域的領先地位，蘋果是其最重要的客戶。該公司早在去年 12 月就首次向蘋果展示了其 2nm 芯片工藝，試產是在量產之前對計劃使用的生產線工藝進行測試的階段。 早前的消息顯示，臺積電最新芯片技術的試生產預計最早要到 10 月才會開始。但現在，臺積電把2nm的試產提前到7 月份舉行，這是一個令人鼓舞的跡象。相關報道顯示，臺積電將于下周在位于臺灣北部新宿科學園區的寶山工廠生產 2nm 半導體。2nm生產設備已于第二季開始進駐寶山廠區并安裝完畢，第三季將進入試產階段，比市場對第四季的預期要早，被解讀為是為了在量產前加快步伐，確保良率穩定。 值得一提的是，從相關報道看到，蘋果將包下臺積電首批的2nm全部產能。 臺積電2nm，跨入納米片時代 據臺積電在官網中介紹，2nm技術采用該公司第一代納米片晶體管技術，在性能和功耗方面實現了全節點跨越。預計 2025 年實現量產。 臺積電表示，公司主要客戶已完成2nm IP設計并開始硅驗證，臺積電還開發出低阻值RDL（重新分布層）、超高性能金屬-絕緣體-金屬（MiM）電容器，以進一步提升性能。 臺積電 N2 技術將于 2025 年推出，無論是在密度還是在能效方面，它都將成為半導體行業最先進的技術。N2 技術采用領先的納米片晶體管結構，將提供全節點性能和功率優勢，以滿足日益增長的節能計算需求。憑借我們持續改進的戰略，N2 及其衍生產品將進一步擴大我們在未來的技術領先地位。 與 N3E 相比，臺積電預計 N2 將在相同功率下將性能提高 10% 至 15%，或在相同頻率和復雜度下將功耗降低 25% 至 30%。至于芯片密度，該代工廠正在考慮將密度提高 15%，以當代標準來看，這是一個很好的擴展程度。 根據臺積電在之前于北美舉辦技術峰會上的介紹，公司在2nm上會有 N2P和N2X等系列節點。其中N2P 將在 2026 年底接替 N2。同時，整個 N2 系列將增加臺積電的全新 NanoFlex 功能，該功能允許芯片設計人員混合和匹配來自不同庫的單元，以優化性能、功率和面積 (PPA)。 臺積電當代的 N3 制造工藝已經支持類似的功能 FinFlex，該功能還允許設計人員使用來自不同庫的單元。但由于 N2 依賴于全柵 (GAAFET) 納米片晶體管，因此 NanoFlex 為臺積電提供了一些額外的控制：首先，臺積電可以優化溝道寬度以提高性能和功率，然后構建短單元（以提高面積和功率效率）或高單元（以提高 15% 的性能）。 繼 N2和性能增強型 N2P之后，電壓增強型 N2X 也將于 2026 年問世。盡管臺積電曾表示 N2P 將在 2026 年增加背面供電網絡 (BSPDN)，但看起來情況并非如此，N2P 將使用常規供電電路。原因尚不清楚，但看起來該公司決定不為 N2P 添加昂貴的功能，而是將其保留到下一代節點，該節點也將于 2026 年底向客戶提供。 N2 仍有望在電源方面實現一項重大創新：超高性能金屬-絕緣體-金屬 (SHPMIM：super-high-performance metal-insulator-metal) 電容器，這些電容器的加入是為了提高電源穩定性。SHPMIM 電容器的容量密度是臺積電現有超高密度金屬-絕緣體-金屬 (SHDMIM) 電容器的兩倍多。此外，與上一代產品相比，新的 SHPMIM 電容器的薄層電阻 (Rs，單位為歐姆/平方) 和通孔電阻 (Rc) 降低了 50%。 需求旺盛，臺積電瘋狂擴產 最初，臺積電規劃是在寶山的Fab 20生產2nm。但后續，因為需求旺盛，臺積電一直在擴產2nm產能。 相關報道顯示，臺積電N2 第一年的新流片 (NTO) 數量是 N5 的兩倍多。臺積電高管在4月中的法說會中也指出，從客戶設計定案狀況來看，2nm需求更勝3nm、5nm等先進制程，且幾乎所有AI相關公司都有與臺積電合作，預期2025年將可望進入量產，屆時會是臺積電非常重要的生產節點，看好未來2nm的貢獻金額可望高于3nm制程。 臺積電指出，2nm制程的產品組合將與3nm相當類似，代表屆時仍以高效能運算（HPC）及智慧手機應用等終端應用為主。相關消息顯示，在 2nm 客戶端領域，蘋果仍處于領先地位，并將該技術用于旗艦智能手機。英特爾也表達了興趣，預計 AMD、NVIDIA 和聯發科也將效仿。 根據臺積電先前規劃，2nm廠區分別落在新竹寶山Fab 20的四座12吋晶圓廠，以及高雄三個廠區Fab 22，當中又以新竹寶山的Fab 20進度最快，可望成為臺積電最先量產2nm的廠區。 據集邦在年初援引業內消息人士透露，臺積電2nm生產基地位于新竹科學園區及高雄，其中寶山二期將在第二季度開始投產，年底將建立一條“微型產線”，預計在2025年第四季度開始量產，初期月產能約為3萬至3.5萬片晶圓。同時，高雄工廠預計將提前于原計劃在年底開始設備安裝，目標是在 2026 年上半年實現量產，初始月產能計劃與寶山的 30,000 至 35,000 片晶圓相似。 同一消息來源還表示，寶山和高雄工廠正式量產后，將進入產能提升階段，目標是到 2027 年實現每月約 11 萬至 12 萬片晶圓的綜合產能。兩座晶圓廠將生產第一代 2nm 和采用背面電源軌技術的第二代 N2P。下一代 1.4nm（A14）預計將于 2027 年下半年投產，可能位于臺中。 近日，又有業界消息傳出，因持續加碼2nm等最先進制程相關研發加上2nm后續需求超乎預期強勁，產能將導入南科，臺積電2025年資本支出可望達320億美元至360億美元區間，為歷年次高，年增12.5%至14.3%。消息強調，臺積電2nm客戶群需求超乎預期強勁，相關擴充產能規劃也傳將導入南科，以制程升級挪出空間。除了蘋果先前率先包下臺積電2nm首批產能，非蘋應用客戶也因AI蓬勃發展而積極規劃采用。 業界表示，臺積電2nm產能建置估計全臺，包含竹科寶山可蓋四期、高雄二期，南科相關規劃若成真，估將有助2nm家族沖刺達至少八期八個廠的產能。 此外，臺積電正在美國建設三個工廠 ，第二座晶圓廠除了之前宣布的 3nm 技術外，還將采用下一代納米片晶體管生產世界上最先進的 2nm 工藝技術，并將于 2028 年開始生產。第三座晶圓廠將采用 2nm 或更先進的工藝生產芯片，并將于 2020 年底開始生產。與臺積電所有先進的晶圓廠一樣，這三座晶圓廠的潔凈室面積都將約為行業標準邏輯晶圓廠的兩倍。 三星不甘落后 作為臺積電最接近的競爭對手，三星在3nm反超臺積電之后，在2nm上也緊追滿趕。三星在美國舉行的代工論壇上宣布，計劃明年年底開始2nm量產。三星表示，與3nm 工藝相比，其 2nm 工藝的性能和能效分別提高了 12% 和 25%，這是芯片制造商中首家這樣做的。三星進一步指出，與 3nm 工藝相比，其 2nm 工藝提供的芯片體積也小 5%。 據介紹，三星的 2nm 節點包括四種變體（如果算上更名的版本則有五種），每種變體都根據其預期應用而有所區別。前兩個版本計劃于 2025 年和 2026 年推出，面向移動設備。2026 年，其 SF2X 將針對高性能計算 (HPC)，2027 年，它將為 HPC 提供帶有背面電源的 SF2Z。其最終 2nm 節點也將在 2027 年推出，面向汽車應用。 該公司還透露，將于 2027 年開始采用 1.4nm 工藝批量生產芯片。 昨日，三星更是宣布，將向日本領先的人工智能公司 Preferred Networks 提供采用 2 納米 (nm) 代工工藝和先進的 2.5D 封裝技術 Interposer-Cube S (I-Cube S) 的交鑰匙半導體解決方案。三星強調，通過利用三星領先的代工和先進的封裝產品，Preferred Networks 旨在開發強大的 AI 加速器，以滿足生成式 AI 驅動的計算能力不斷增長的需求。 三星電子公司副總裁兼代工業務開發團隊負責人 Taejoong Song 表示：“這份訂單至關重要，因為它證明了三星的 2nm GAA 工藝技術和先進封裝技術是下一代 AI 加速器的理想解決方案。我們致力于與客戶密切合作，確保我們產品的高性能和低功耗特性得到充分實現。” 三星項責任人強調了公司“集成解決方案”在這個時代的競爭力。三星電子正加強GAA（Gate-All-Around）工藝和2.5D封裝技術的競爭力，以實現低功耗、高性能的半導體。三星表示：“許多公司單獨提供具有競爭力的高帶寬內存技術和 2.5D 封裝，但三星 AI 解決方案是唯一一家提供集成 AI 解決方案的公司。”“當技術得到優化和集成時，可以為客戶提供最高價值。” 此外，三星的目標是到 2027 年將其潔凈室產能擴大至 2021 年的 7.3 倍。該公司表示，這將通過擴建其位于平澤的晶圓廠（這是迄今為止最先進的設施）和正在德克薩斯州泰勒建造的新晶圓廠來實現。更多的潔凈室意味著它將有更多空間來執行來自客戶的更多訂單。 三星還宣布成立多芯片集成聯盟，與其合作伙伴結成聯盟，應用新的芯片封裝技術。 英特爾和Rapidus虎視眈眈 除了三星以外，臺積電面臨的競爭對手還有英特爾和日本新興的Rapidus。 例如，據國外媒體去年年底報道稱，Intel的CEO在接受采訪時就曾表示，自家的18A制程（1.8nm）比領先臺積電N2，在這塊他們2年內沒有對手。報道稱，Intel的未來取決于重新獲得半導體制造領域的技術領先地位，這位CEO相信這將在兩年內實現。 在Intel的CEO看來，其對20A和18A充滿信心，主要是因為它們采用了RibbonFET架構，即全柵極 (GAA) 晶體管和背面功率傳輸技術。這些技術對于制造2nm芯片的公司來說至關重要，可以在降低功率泄漏的同時實現更高的邏輯密度和時鐘速度。英特爾 18A 將于 2025 年上半年投入生產，產品也將在不久后上市。 英特爾表示， Intel 18A 工藝是公司的分水嶺，人們對其寄予厚望。將將使其多年來首次在性能上超越競爭對手，標志著英特爾重返半導體工程的頂峰。 由日本政府和大型企業集團支持的半導體聯盟 Rapidus 計劃跨越幾代節點，在 2027 年開始 2nm 生產。該公司的目標是服務于世界領先的科技巨頭，挑戰臺積電、IFS 和三星代工廠。 這項任務極具挑戰性，而且成本極高。現代制造技術的開發成本通常很高。為了降低研發成本，Rapidus 與 IBM 合作，后者在晶體管結構和芯片材料等領域進行了廣泛的研究。但除了開發可行的 2nm 制造工藝外，Rapidus 還必須建造一個現代化的半導體制造工廠，這是一項昂貴的投資。Rapidus 自己預計，它將需要大約 350 億美元來在 2025 年啟動 2nm 芯片的試點生產，然后在 2027 年實現大批量生產。 為了收回巨額的研發和工廠建設成本，Rapidus 需要大量生產 2nm 芯片。由于僅靠日本公司的需求可能不夠，Rapidus 正在尋求蘋果、谷歌和 Meta 等國際公司的訂單。 但短期看來，臺積電沒對手。 |
