臺積電已啟動2nm芯片試產(chǎn)，英偉達(dá)助力下能否拿下這場“爭戰(zhàn)”首勝？
臺積電2nm技術(shù)進(jìn)入試產(chǎn)階段
消息人士透露，臺積電為應(yīng)對2nm試產(chǎn)前置作業(yè)，內(nèi)部也開始調(diào)度工程師人力到竹科研發(fā)廠區(qū)做準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)召集千人以上的研發(fā)部隊(duì)，初期會先在竹科建立小量試產(chǎn)生產(chǎn)線，目標(biāo)今年試產(chǎn)近千片，試產(chǎn)順利后，將導(dǎo)入后續(xù)建設(shè)完成的竹科寶山Fab 20廠，由該廠團(tuán)隊(duì)接力沖刺2024年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)與2025年量產(chǎn)目標(biāo)。
對于傳聞，臺積電6月4日表示“不評論相關(guān)傳聞”，但強(qiáng)調(diào)2nm技術(shù)研發(fā)進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)。
公開資料顯示，臺積電未來最先進(jìn)的2nm生產(chǎn)基地會先是在竹科寶山Fab 20廠，該廠區(qū)為四期規(guī)劃，后續(xù)還將擴(kuò)至中科，共計(jì)有六期的工程。
臺積電2nm制程將會首度采用全新的環(huán)繞閘極（GAA）晶體管架構(gòu)。臺積電此前在技術(shù)論壇中指出，相關(guān)新技術(shù)整體系統(tǒng)性能相比3nm大幅提升，客戶群先期投入合作開發(fā)意愿遠(yuǎn)高于3nm家族初期，并可量身訂做更多元化方案。
臺積電此前已公布了2nm家族制程藍(lán)圖規(guī)劃，將包括2025年量產(chǎn)的N2，主要為高性能計(jì)算（HPC）產(chǎn)品量身打造背面供電設(shè)計(jì)，將在2025下半年推出；另外，2奈米家族的N2P和N2X預(yù)計(jì)將在2026年推出。
供應(yīng)鏈透露，臺積電在客戶們的迫切需求推動之下，2nm多項(xiàng)前期作業(yè)已展開，最關(guān)鍵是光刻計(jì)算方面，一改過去依賴于CPU的方式，將導(dǎo)入以英偉達(dá)的DGX H100的AI系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)助，大幅提升運(yùn)算效率，并同步提升光罩產(chǎn)量，大幅減少服務(wù)器用電。
在今年的3月的英偉達(dá)GTC大會上，英偉達(dá)就發(fā)布了一項(xiàng)面向芯片制造行業(yè)的突破性技術(shù)——NVIDIA cuLitho計(jì)算光刻庫，可以將計(jì)算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先進(jìn)芯片的制造成為可能。
“計(jì)算光刻是芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中最大的計(jì)算工作負(fù)載，每年消耗數(shù)百億CPU小時(shí)。大型數(shù)據(jù)中心24x7全天候運(yùn)行，以便創(chuàng)建用于光刻系統(tǒng)的掩膜板。這些數(shù)據(jù)中心是芯片制造商每年投資近2000億美元的資本支出的一部分?！秉S仁勛表示，cuLitho能夠?qū)⒂?jì)算光刻的速度提高到原來的40倍。舉例來說，英偉達(dá)H100 GPU的制造需要89塊掩膜板，在CPU上運(yùn)行時(shí)，處理單個(gè)掩膜板需要兩周時(shí)間，而在GPU上運(yùn)行cuLitho只需8小時(shí)。
當(dāng)時(shí)黃仁勛就表示，全球最大晶圓廠臺積電、全球光刻機(jī)霸主ASML、全球最大EDA巨頭新思科技（Synoposys）均參與合作并引入這項(xiàng)技術(shù)。該軟件正被集成到臺積電的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，臺積電將于6月開始對cuLitho進(jìn)行生產(chǎn)資格認(rèn)證。
2nm:硅芯片的最后一戰(zhàn)
新思科技的研究專家Victor Moroz表示，硅晶體管的能力有限，它很有可能只能安全微縮到2nm，換句話說，也就是2nm將是硅芯片的最后一戰(zhàn)。
現(xiàn)在，臺積電、三星和日美政府都在朝著2nm制程進(jìn)發(fā)，這三者到底誰能獨(dú)占鰲頭呢？
照現(xiàn)在的市場需求來看，誰先搶占2nm市場，誰就擁有了半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的主導(dǎo)權(quán)，這也就意味著，它不僅可以在科技領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，讓蘋果、英偉達(dá)、高通等等高科技企業(yè)趨之若鶩，還可以率先成為5G、AI、自動駕駛等等領(lǐng)域的核心供應(yīng)商。
目前看來，臺積電的優(yōu)勢最大，身為芯片產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，臺積電在封裝互聯(lián)和材料方面處于絕對的頂尖地位，有消息稱，臺積電已經(jīng)在研究二維材料了，這比傳統(tǒng)的硅材料更適應(yīng)2nm之后的先進(jìn)制程。
不過臺積電也有自己的劣勢，他們在晶體管結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)，一直不如三星。
芯片做的越精密，塞進(jìn)去的晶體管就越多，電極也會因?yàn)橐獕嚎s空間，而越來越細(xì)，這就很容易導(dǎo)致電流“漏出”，你可以簡單理解為漏電。
為了解決這個(gè)問題，臺積電在此次研制2nm進(jìn)程中，使用了新的GAAFET結(jié)構(gòu)，它可以將漏電的電極包裹住，但三星早在三年前就在使用這個(gè)結(jié)構(gòu)了，并且三星現(xiàn)在還和IBM推出了兩種新的晶體管結(jié)構(gòu)，納米片MBCFET和垂直晶體管VTFET。
雖然目前還沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但三星在這方面的技術(shù)的確是頂尖的。
除了上述兩點(diǎn)，光刻機(jī)也是兩家必爭之地，尤其是三星，據(jù)韓聯(lián)社報(bào)道，三星電子副會長李在镕就計(jì)劃親自前往荷蘭，采購光刻機(jī)等設(shè)備。
除此之外，要爭搶2nm市場的還有日美聯(lián)合制造基地，今年6月中旬，日媒就報(bào)道說，他們將和美國一起聯(lián)合建成2nm芯片制造基地，預(yù)計(jì)25年建成。
雖然目前沒有什么確實(shí)的消息，但日本本身就有芯片核心材料優(yōu)勢，美國又有科技優(yōu)勢，真的要合作，也是能和臺積電、三星他們拼一拼的。
2nm的技術(shù)戰(zhàn)已然打響，各方企業(yè)不僅瘋狂投入上千億資產(chǎn)，還卯著勁在芯片的核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，三星勢頭最猛，但根基不穩(wěn)，臺積電根基穩(wěn)，但處處受美國限制，美日聯(lián)合有雄厚的資本，也有豐富的原材料，但卻是實(shí)打?qū)崗念^開始。
3nm即將迎來放量
芯片行業(yè)下游需求低迷確實(shí)是不爭的事實(shí)。2022年伴隨手機(jī)、PC、平板等消費(fèi)電子產(chǎn)品的出貨量持續(xù)下滑，半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入下行周期。
臺積電也無法擺脫市場的不景氣，財(cái)報(bào)顯示今年一季度公司營收和凈利潤均環(huán)比大幅下滑。但在財(cái)報(bào)電話會上，臺積電CEO魏哲家表示，3nm先進(jìn)制程芯片將在下半年放量，依托于人工智能的芯片需求將增長，公司發(fā)展將迎來新的機(jī)遇。
在此次股東會上，劉德音更是強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)的封裝技術(shù)是臺積電價(jià)值增長的關(guān)鍵，而AI帶來了對先進(jìn)芯片的更多需求：
臺積電75%的研發(fā)預(yù)算用于先進(jìn)技術(shù)，25%用于特殊技術(shù)。生成式AI的蓬勃發(fā)展為臺積電增加了更多訂單。臺積電正準(zhǔn)備增加產(chǎn)能以滿足AI帶來的需求，預(yù)計(jì)AI在終端設(shè)備領(lǐng)域的需求會增加。
隔夜美股臺積電收跌0.9%至約98美元，今年以來臺積電美股累計(jì)漲幅達(dá)31.63%，遠(yuǎn)超標(biāo)普500指數(shù)超11%的漲幅。
毫無疑問，臺積電先進(jìn)制程芯片需求的激增與市場對于英偉達(dá)的GPU的需求爆炸有著密不可分的關(guān)系。
兩家企業(yè)的關(guān)系可追溯到1990年代中期。成立不久的英偉達(dá)為芯片代工企業(yè)而發(fā)愁。英偉達(dá)CEO黃仁勛找到了當(dāng)時(shí)在半導(dǎo)體代工領(lǐng)域不斷突破的臺積電的創(chuàng)始人張忠謀。從此兩家企業(yè)的聯(lián)系就此建立。
伴隨著生成式AI的爆火，市場對英偉達(dá)GPU芯片的需求也水漲船高，英偉達(dá)正不斷向臺積電追加訂單。此前有媒體稱，英偉達(dá)向臺積電追加 CoWoS（晶圓級芯片）封裝訂單，在2023預(yù)定量基礎(chǔ)上，再追加1萬片，以滿足需求。
目前，臺積電已將生產(chǎn)英偉達(dá)AI GPU列為“超級急件”，訂單已滿至年底。
