晶圓代工：先進(jìn)制程大戰(zhàn)一觸即發(fā)！

AI時(shí)代，高性能芯片重要性日益凸顯，推動(dòng)先進(jìn)制程芯片成為晶圓代工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的“關(guān)鍵武器”；與此同時(shí)，消費(fèi)電子市場(chǎng)盡管需求尚未恢復(fù)，但在旗艦手機(jī)不斷迭代助攻之下，先進(jìn)制程芯片同樣在手機(jī)市場(chǎng)贏得發(fā)展空間。臺(tái)積電、三星、Rapidus最新動(dòng)態(tài)顯示，3nm芯片商用進(jìn)程不斷推進(jìn)，2nm芯片量產(chǎn)在即，大戰(zhàn)一觸即發(fā)。

1、三星3nm良率改善，有望應(yīng)用于下一代折疊手機(jī)

韓媒近日?qǐng)?bào)道，三星第2代3nm GAA（Gate-All-Around）工藝進(jìn)入穩(wěn)定階段，工藝良率已改善，受益于此，三星采用3nm工藝的Exynos 2500處理器商用進(jìn)程有望順利開(kāi)展。

此前媒體報(bào)道，由于3nm良率不及預(yù)期，三星即將發(fā)布的Galaxy S25系列首批手機(jī)將不會(huì)搭載Exynos 2500，而會(huì)選用由臺(tái)積電3nm制程生產(chǎn)的高通Snapdragon 8 Gen 4處理器。

隨著三星3nm芯片良率提升，三星可能會(huì)在明年發(fā)布Galaxy Z Flip FE、Galaxy Z Flip7等下一代折疊屏手機(jī)上，使用Exynos 2500處理器。

除了3nm之外，三星亦在積極推動(dòng)2nm芯片發(fā)展。按照三星技術(shù)路線規(guī)劃，該公司將自2025年起首先于移動(dòng)終端量產(chǎn)2nm制程芯片，隨后在2026年將其用于高性能計(jì)算（HPC）產(chǎn)品，并于2027年擴(kuò)至車用芯片。

另?yè)?jù)業(yè)界透露，三星正在開(kāi)發(fā)下一代Exynos芯片，代號(hào)為 "Ulysses"，計(jì)劃用于 Galaxy S27。這款芯片將采用第二代 2nm工藝 ( SF2P ) ，旨在提升性能和效率，以恢復(fù)三星在移動(dòng)端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2、臺(tái)積電沖刺2nm，有關(guān)鍵秘密武器？

臺(tái)積電同樣將于2025年量產(chǎn)2nm芯片，隨著時(shí)間臨近，這家晶圓代工大廠開(kāi)始發(fā)起沖刺。

媒體最新報(bào)道，臺(tái)積電已經(jīng)對(duì)2nm節(jié)點(diǎn)制程進(jìn)行試產(chǎn)，良率超過(guò)了60%。不僅如此，業(yè)界預(yù)計(jì)臺(tái)積電可能會(huì)以更快的速度，將良率提升到70%以上，為2nm節(jié)點(diǎn)制程技術(shù)量產(chǎn)留下更加充裕的調(diào)適時(shí)間。

按照臺(tái)積電的計(jì)劃，2nm節(jié)點(diǎn)制程技術(shù)將于2025年進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段，而且有著高于3nm節(jié)點(diǎn)制程的市場(chǎng)需求。不過(guò)，2nm面臨更高成本，此前業(yè)界評(píng)估，每片2nm節(jié)點(diǎn)制程技術(shù)的晶圓定價(jià)預(yù)計(jì)將超過(guò)3萬(wàn)美元。另?yè)?jù)報(bào)道，2026年iPhone 18 Pro的A20 Pro處理器將首度采用臺(tái)積電2nm制程生產(chǎn)，芯片價(jià)格將因此上揚(yáng)，漲幅高達(dá)70%。隨著成本高漲，iPhone 18 Pro手機(jī)報(bào)價(jià)可能調(diào)漲。

這一背景下，如何克服成本難題，以推動(dòng)2nm芯片盡快量產(chǎn)商用成為晶圓代工廠商一大考驗(yàn)。

對(duì)此，報(bào)道指出，臺(tái)積電將在2nm芯片生產(chǎn)中提供一種名為CyberShuttle的服務(wù)，允許客戶在同一片晶圓中進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估芯片。CyberShuttle也可以被稱做是晶圓共用服務(wù)，一方面節(jié)省客戶大量的設(shè)計(jì)和光罩生產(chǎn)成本，另一方面加快了測(cè)試生產(chǎn)的速度。

目前尚不清楚臺(tái)積電具體的措施，以及成本降低的幅度。不過(guò)，考慮到市場(chǎng)對(duì)于2nm的需求，以及高昂的生產(chǎn)成本，這些節(jié)約成本的措施是有必要的。

3、Rapidus明年4月試產(chǎn)2nm，已與兩家EDA大廠達(dá)成合作

晶圓代工“新貴”Rapidus公司的2nm進(jìn)展也在有序推進(jìn)中，近期Rapidus會(huì)長(zhǎng)東哲郎對(duì)外表示，在2025年3月底，Rapidus將完成試產(chǎn)2nm芯片所需的全部設(shè)備設(shè)置工作，4月起啟動(dòng)試產(chǎn)產(chǎn)線，實(shí)際生產(chǎn)2nm芯片。

資料顯示，Rapidus成立于2022年8月，由豐田、Sony、NTT、NEC、軟銀、Denso、鎧俠、三菱UFJ等8家日企共同出資設(shè)立。2nm芯片生產(chǎn)中，Rapidus與IBM簽訂了合作協(xié)議，開(kāi)發(fā)基于IBM 2nm制程技術(shù)。

近期，IBM和Rapidus于IEEE IEDM 2024國(guó)際電子元件會(huì)議期間，展示了合作的多閾值電壓GAA晶體管成果，有望用于Rapidus的2nm量產(chǎn)。

先進(jìn)制程升級(jí)至2納米節(jié)點(diǎn)后，晶體管結(jié)構(gòu)由使用多年的FinFET鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，轉(zhuǎn)成GAAFET全環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 如何達(dá)多閾值電壓（Multi Vt），讓芯片以較低電壓執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算是個(gè)挑戰(zhàn)。

IBM強(qiáng)調(diào)，2nm制程N(yùn)型和P型半導(dǎo)體通道，距離相當(dāng)狹窄，需精確曝光達(dá)到多閾值電壓，也不影響半導(dǎo)體性能。IBM攜手Rapidus導(dǎo)入兩種選擇性減少層（SLR）芯片構(gòu)建，成功達(dá)成目標(biāo)。IBM研究院高級(jí)技術(shù)人員Bao Ruqiang表示，與FinFET相較，Nanosheet納米片結(jié)構(gòu)非常不同，且更復(fù)雜。新技術(shù)比以前方法更簡(jiǎn)單。相信將使合作伙伴Rapidus更容易可靠量產(chǎn)2納米芯片。

此外，在上游EDA環(huán)節(jié)，Rapidus還得到了來(lái)自EDA大廠的助力。近期Rapidus宣布已經(jīng)與Synopsys和Cadence簽署2nm合作協(xié)議，其中，Rapidus與Cadence的合作，將支持Rapidus采用背面供電網(wǎng)絡(luò) （BSPDN）技術(shù)的2nm GAA工藝，為客戶提供設(shè)計(jì)解決方案和IP組合；Rapidus與Synopsys在EDA流程、IP和專家方法服務(wù)方面的廣泛合作，有望使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)镽apidus 2nm GAA 工藝實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果質(zhì)量和高制造良率。