电子展|深入解读！2nm芯片巅峰之战，谁将主宰未来？
尽管3nm技术刚刚崭露头角，但关于2nm工艺的激烈争夺战已经悄然开打。下面电子展小编就来聊一聊2nm芯片的巅峰之战，谁将主宰未来？
今年2月，据韩媒报道，Samsung正全力推进2nm工艺的研发，并已经开始与高通和自家的LSI部门探讨生产原型产品的可能性。据悉，一款尚未命名的Exynos芯片可能正处于早期测试阶段。
紧接着，在3月份，Marvell宣布与台积电扩大合作，旨在共同开发业界首个专为加速基础设施优化的2nm半导体技术平台，这一举措无疑为2nm工艺的竞争再添一把火。
本月，更是有消息称苹果的首席运营官杰夫·威廉姆斯（Jeff Williams）低调访问了台积电。此次访问的主要目的被猜测为确保苹果在2nm技术上的产能供给，这进一步凸显了2nm工艺在业界的重要地位。
在这场激烈的竞争中，三大晶圆代工厂台积电、三星和Intel正在明争暗斗，各自为2nm工艺的研发和生产投入巨大资源。同时，日本的新兴晶圆厂Rapidus也在摩拳擦掌，跃跃欲试，试图在这场技术革命中占据一席之地。随着各家公司纷纷加入战局，2nm工艺的争夺战正逐渐升温。
台积电、三星、Intel等巨头竞相角逐，台积电坚持2025年量产目标
今年初，全球芯片巨头们纷纷加快了在2nm工艺领域的布局。据韩媒报道，Samsung正在全力推进2nm工艺的研发，并已讨论为高通和自家的LSI部门生产原型产品。同时，Marvell也宣布与台积电扩大合作，共同开发针对加速基础设施优化的2nm半导体技术平台。
就在本月，苹果首席运营官杰夫·威廉姆斯低调访问了台积电，以确保公司在2nm芯片上的产能供给。这一举动进一步加剧了业界对于2nm芯片市场的关注。
在这场激烈的竞争中，三大晶圆代工厂台积电、三星和Intel正展开明争暗斗，而日本新兴晶圆厂Rapidus也跃跃欲试，希望能在这一轮技术革命中占据一席之地。
在众多竞争者中，台积电对于2nm工艺的进展尤为引人关注。据台媒工商时报报道，台积电工艺开发副总经理张晓刚在近期论坛上表示，2纳米工艺开发进展顺利，按计划2025年左右可实现量产。这一声明直接回应了市场上关于台积电因技术问题推迟2nm量产的猜测。
台积电在官方网站中详细介绍了其2nm技术。该技术以纳米片晶体管为特色，具有出色的低Vdd性能和超薄堆叠纳米片带来的全新级别节能计算。台积电认为，对于希望利用纳米片技术释放创新能力的客户来说，N2技术是一个战略选择。
在四月份的北美峰会上，台积电进一步披露了2nm的详细计划。公司计划于2025年下半年开始在其第一代GAAFET N2节点上批量生产芯片，而N2P将在2026年底接替N2。同时，整个N2系列将增加全新的NanoFlex功能，允许芯片设计人员混合和匹配来自不同库的单元以优化性能、功率和面积（PPA）。
NanoFlex技术将成为台积电完整的N2系列生产节点的一部分，为设计人员提供更大的灵活性和控制。通过优化沟道宽度和构建不同类型的单元，NanoFlex技术能够在提高性能、降低功耗和增加芯片密度之间取得平衡。
台积电强调，N2将于2025年进入风险生产，并于同年下半年进入大批量生产（HVM）。与N3E相比，N2预计将在相同功率下将性能提高10%至15%，或在相同频率和复杂度下将功耗降低25%至30%。此外，N2还将带来15%的芯片密度提升，这对于提高设备的性能和功能至关重要。
三星，积极应对
在全球芯片竞赛中，三星作为首先量产3nm的晶圆厂，正积极应对2nm工艺的挑战。据台媒报道，三星已将其第二代3nm工艺更名为“2nm工艺”，并预计于2024年下半年开始量产。这一更名策略被分析认为有助于三星营销其代工服务，并非首次，三星在7nm到5nm过渡时也采用了类似策略。
三星在2022年6月率先量产了采用全栅极（GAA）工艺的3nm芯片，并计划于2024年开始量产第二代3nm工艺，随后在2025年量产2nm工艺。更名后，三星可能会整合第二代3nm和2nm工艺，预计在2024年下半年开始量产2nm芯片。
美媒报道指出，三星代工厂将于6月举办的VLSI研讨会上详细介绍其采用全栅（GAA）晶体管的第三代工艺技术SF2，这是该公司早期的2nm级制造工艺。该技术预计将在性能和效率方面提供显著改进，通过独特的外延和集成工艺进一步完善三星的多桥通道场效应晶体管架构，将晶体管性能提高11-46%，同时将泄漏降低约50%。
为加强2nm级制造工艺的生态系统，三星与50多个知识产权（IP）合作伙伴合作，拥有4000多个IP，并与Arm签署协议共同优化内核以适应三星的全栅极晶体管制造技术。三星表示，SF2的设计基础设施将于2024年第二季度完成，合作伙伴将能够开始为该生产节点设计产品。
在三星的规划中，2025年将开始大规模生产用于移动应用的2纳米工艺，随后在2026年和2027年分别将2纳米技术推进至高性能计算（HPC）芯片和汽车芯片市场。此外，SF2可能是三星代工厂第一个引入背面供电的节点，该技术已在两款ARM芯片上测试成功，实现了尺寸缩小、性能提升和效率优化。
为支持2nm芯片的生产，三星计划到2047年在韩国首尔附近投资500万亿韩元建设“大型集群”半导体项目，该项目包括13家芯片工厂和3个研究设施，预计将成为2nm芯片的生产基地。
英特尔，信心满满
尽管在先进工艺上落后多年，英特尔在2nm技术方面却表现出了强烈的信心和前瞻性。CEO Pat Gelsinger表示，英特尔的18A制程（1.8nm）将领先台积电N2，预计两年内无竞争对手。该公司计划通过20A工艺引领小型化，该工艺将于今年投入生产，并预计在2025年上半年投入生产更先进的18A工艺。
英特尔的18A工艺被视为该公司五年四代工艺的分水岭，有望使其多年来首次在性能上超越竞争对手，标志着英特尔重返半导体工程的顶峰。技术方面，英特尔的20A工艺引入了背面供电技术，提升了性能，并将成为首家在商用芯片中引入此技术的制造商。此外，英特尔还转向了RibbonFET晶体管架构，取代了自2011年以来一直是CMOS主力的FinFET架构。
英特尔的18A工艺将进一步利用背面供电技术，通过基片内的片上电压调节器提高逻辑芯片的运行速度和能效。同时，英特尔还将采用高数值孔径EUV光刻机，这是与ASML合作开发的下一代光刻系统，将大幅提高下一代处理器的分辨率和功能扩展能力。
英特尔的客户已表示对其系统代工服务的支持，微软计划采用英特尔18A工艺制造由英特尔设计的芯片。此外，英特尔还计划在其“大型集群”半导体项目中生产2nm芯片，该项目预计将在未来几年内为半导体行业带来重大影响。
1nm，提前开打
随着半导体制造技术的不断进步，全球晶圆厂正竞相开发更先进的制造工艺。日本Rapidus、英特尔、台积电和三星都在积极筹备和推进2nm及1nm工艺的研发和量产计划。Rapidus计划于2025年试产2nm芯片，并有意研发1nm工艺。三星将1nm的量产计划从2027年提前到2026年，而台积电则计划在2027年达到A14节点，并在2030年达到A10节点，即1nm制程芯片。
英特尔方面，尽管其位于德国马格德堡附近的Fab 29模块建设因补贴审批和环保问题而推迟，但公司仍计划在2027年底至2028年初投产，使用其14A（1.4纳米）和10A（1纳米）工艺节点。然而，新的报道显示，英特尔现在估计建造这两家工厂需要四到五年时间，可能将量产推迟到2029年至2030年。尽管如此，考虑到英特尔在其他地区的布局，其整体状况可能并未如外界所想象的那么严峻。
电子展小编觉得，半导体制造领域的竞争愈发激烈，各大晶圆厂都在为抢占未来市场而积极布局。
文章来源:半导体封测