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目前,台积电已在新竹宝山工厂开始了2nm工艺的试产工作(每月5000片晶圆的小规模生产),初期良率是60%,这意味着有将近40%的晶圆无法使用,每片晶圆的代工报价可能高达3万美元。
第一座工厂计划位于新竹县宝山附近,毗邻其专门为开发N2技术及其后续技术而建的R1研发中心,预计将于2025年下半年开始大批量生产(HVM)2nm芯片;第二座能够生产N2芯片的制造厂将位于高雄科学园区,该园区是高雄附近南台湾科学园区的一部分,HVM启动时间预计稍晚一些,可能在2026年左右。此外,台积电正在努力获得批准,在台中科学园区建造另一座具有N2能力的工厂。

2016年,制程技术演进至10nm后,报价增幅显著,达到6000美元;进入7nm、5nm制程世代后,报价破万;相比于2nm,目前3nm晶圆的价格大约在1.85-2万美元/片之间。
以iPhone 18 Pro系列首发搭载的A20 Pro处理器为例,这颗首个利用台积电2nm工艺制程的芯片,价格将由目前的50美元上涨至85美元,涨幅高达70%。由于先进制程报价居高不下,芯片厂商成本高企,势必将成本压力转嫁给下游客户或终端消费者。
2024年,高端智能手机集体用上了基于3nm工艺的旗舰芯片:骁龙8至尊版、天玑9400、A18系列都采用了台积电3nm工艺。相比4nm工艺,3nm工艺的代工费贵了不少,加上内存储存等核心元器件的涨价,让骁龙8至尊版/天玑9400旗舰机的价格普遍上涨。以小米为例,小米15的起售价,比上代就上涨了500元。
而2nm将如期在2025年进入量产,其量产曲线预计与3nm相似。台积电正全力提升产能,通过设施投资,预计到2026年台积电2nm制程产能将扩大至8万片晶圆。据报道,台积电已调整了对客户的2025年代工报价,以缓解海外设施高昂运营成本和2nm部署成本造成的毛利率损失的影响。
不可否认的是,高工艺的芯片确实带来了更高的性能和更低的功耗,但随之而来的高昂价格也让许多客户望而却步。而台积电之所以这么报价,当然是因为:没有对手。
值得注意的是,因为台积电2nm的报价太高,高通已经在考虑使用三星2nm的工艺。相关报道称,高通在测试三星的2nm工艺,不过尚未敲定高通是否会将订单交给三星。毕竟在骁龙8+Gen1表现不俗之后,高通的骁龙8Gen2、骁龙8Gen3、骁龙8至尊版等旗舰芯片,都是由台积电代工。而且在骁龙8至尊版转向自研CPU架构后,CPU超大核主频达到了惊人的4.32GHz,功耗要求极高,现在确实是只有台积电才能做到。
AI应用的爆发式增长,让各大芯片厂商纷纷争抢台积电3nm的产能,台积电用十个月完成了2023年全年业绩。而且不难推测,所有3nm的客户都会在后续采用2nm制程。在这样的背景下,台积电董事长兼首席执行官魏哲家曾自信地表示,2nm工艺的需求空前高涨,目前2nm的规划产能已经超过3nm。
2nm芯片的价格如此高昂,一方面是因为各个环节的成本都在上升,另一方面也是因为台积电在芯片代工行业中,已经形成了事实上的垄断。仅在今年,台积电便两次提高其代工费用,不仅是对3nm工艺制程,甚至5nm工艺制程的价格亦被提高4%-10%。
由于半导体设计企业在3nm以下的先进工艺中对台积电的依赖程度不断加深,而台积电产能不足、价格上涨,半导体设计企业对代工厂商多元化的意愿也在不断增强。那么在进入2nm工艺时代后,行业内还有能掣肘台积电的力量吗?
台积电的竞争对手三星正在全力提升2nm制程良率,并推动现有客户日本PFN等公司进行测试,以争夺2nm制程市场。三星在3nm工艺制程上跌了个大跟头后,立志要在2nm工艺制程上完成追赶。
此前业内就有传闻称,三星已经有暂停3nm工艺开发,全力“All in”2nm工艺的打算。业内人士透露,三星在其平泽P2和P3生产基地的4nm、5nm和7nm制程中,已有超过30%的代工生产线停产,并计划在年底前将停产比例扩大至约50%。而3nm的情况更不乐观,报道指出三星目前第一代的3nm制程工艺目前良率只有60%。
考虑到其位于华城的S3产线,在还未正式量产3nm晶圆前,就开始计划将设备升级为2nm工艺的配套设备,这种说法可能并非空穴来风。但按照三星的规划,其2nm产能至少要到2027年才能量产。

三星2nm工艺不仅要面对良品率较低的老问题,而且还要将性能功耗提升到客户所期望的水平,这可能是承受了数万亿韩元亏损的三星代工业务的最后机会。三星代工翻车是从高通骁龙888芯片出现了过热问题开始,这是由于当时三星的5nm工艺结合Arm的X1超大核心功耗过高导致的,因此从骁龙8+ Gen1开始,高通骁龙8系平台转投台积电。如果骁龙平台转向三星2nm工艺制程,那么其功耗问题将会是业内关注的热点。
另一边的英特尔,虽然已经完成18A工艺(等效2nm)的试生产工作,但被曝良率过低,且公司正处于动荡期,量产时间也是遥遥无期。台积电过于有统治力的市场主导地位在2nm制程上仍会延续。从目前的进度来看,先进制程的主要竞争者在2nm上依旧不能望其项背。
转自:EEPW
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