2nm，胜负已分？
半导体行业观察
一家独大的台积电，也引发了大家对2nm定价权的担忧。在缺乏可行竞争的情况下，台积电从一个“有效”的前沿垄断者转变为真正的垄断者。这使他们可以随心所欲地提高价格。
如果将时钟拨回到一年前，谁将率先在2nm晶圆代工的竞争中突围，还是有些许悬念的。因为在台积电在7nm之后一统天下之后，晶圆代工的龙头已经很久没有受到如此多的“威胁”。
这边厢，三星誓言要超过台积电成为全球第一；另一边厢，英特尔也高举“四年五节点”的大旗，期望在未来几年快速超越台积电；此外，蛰伏已久的日本半导体，也希望借助Rapidus，重回巅峰。其中，2nm就成为了这几家巨头的必争之地和桥头堡。
但是，从现状看来，这场围绕着2nm的“大战”胜负已分，台积电有望成为唯一的赢家。
台积电，打响头炮
最近，有关台积电2nm的消息频发。
首先，在11月底，台积电高雄2纳米新厂举行设备进机典礼，写下三大纪录，首先是台积电在高雄首座12吋厂开始进驻机台为2025年量产暖身；其次是该厂比预期早逾半年进机；第三是高雄厂量产后，将与新竹宝山2纳米厂南北大串联，生产全球技术最先进的芯片。
其次，在本日前，有消息透露，台积电2nm 工艺试产成功，良率达60%。据供应链消息人士透露，台积电在台湾新竹县宝山工厂的试产结果好于预期。
第三，台积电也声称，公司将于 2025 年开始量产，而且需求量高于 3nm 晶圆，唯一需要解决的变量就是高成本。
台积电董事长魏哲家在早前的财报电话会议上也指出，尽管高性能计算（HPC）客户正在转向小芯片设计，但这一趋势并没有减少客户对2nm技术的需求。相反，客户咨询量激增，对2nm的需求超过了3nm，预计产能还会更高。
面对高成本这个问题。早前有报道指出，台积电每片2nm晶圆的成本高达30000美金。针对这个问题。台媒表示，这家半导体巨头已经找到了一种降低这一数字的方法，即所谓的“Cyber Shuttle”服务。它允许现有客户在同一片测试晶圆上评估他们的芯片，从而降低成本。而所谓的Cyber Shuttle 也就是所谓的晶圆共享，它使台积电的客户可以节省大量设计和掩模成本，同时还可以加快测试生产速度。
虽然我们不知道台积电2nm的Cyber Shuttle能将成本降低多少。但是，似乎已经有不少厂商已经看上了台积电的2nm。相关报道指出，苹果和AMD有望成为台积电2nm的首批客户。
据介绍，苹果的2nm芯片将有望于 2024 年 12 月流片，这些芯片包括AppleA2 0 Pro 和 Apple M5。前者将于 2025 年底投入量产，而后者则要等到 2026 年第二季度。
至于AMD，相关报道认为，AMD将把2nm用于制造公司的Zen 6系列台式机 CPU 和 CDNA 5 M1400 AI 加速器。早先有传言称 Zen 6将使用3 nm 和 2 nm 的混合工艺，类似于英特尔对 Meteor Lake 所做的。如果消息属实，AMD 可以通过在 N2 上只制造 CCD 并在更成熟的节点上制造其余部件来降低成本。
英特尔、英伟达也将转向台积电以利用其 2nm 技术。
首先看英特尔，在成功利用台积电 N3B 实现 Lunar Lake 的 CPU 模块后，英特尔打算继续与台积电合作开发其尖端节点。这将延伸到其 2026 年推出的Nova Lake台式机芯片系列。不过，我们也必须看到，英特尔仍有可能将 Nova Lake 转向其内部 14A节点。鉴于该芯片尚未流片，现在做出预测还为时过早。流片计划于 2025 年中期完成，并决定英特尔下一代台式机平台的命运。
至于英伟达，他们下给台积电的 N2 订单主要围绕“Rubin next”，这是公司在 2024 年台北国际电脑展上宣布的 Rubin 平台的继任者。然而，这些芯片计划要到 2026 年才会流片，2027 年才会投入量产。而且。Nvidia 的 Blackwell 继任者 (RTX 6000) 系列很有可能坚持使用 N3 衍生产品。
此外，博通、索喜和比特大陆也都有望使用台积电 N2 制造的芯片来制造 ASIC。联发科也在名单上，其 2 纳米芯片将于 2025 年中期推出，并于次年投入量产。不过，现在比特大陆因为一些众所周知的因素，未来的走势还不是很明朗。
从上述可以看到，这些知名Fabless大多都会选择台积电作为他们的首选，这也正是我们认为“2nm，胜负已分”的原因。
三星，深受困扰
作为这些年最接近台积电的竞争对手，三星在晶圆代工方面也很努力。他们在早前也宣布，日本AI芯片公司Preferred Networks（PFN）将成为公司2nm的首个客户。近年来在汽车芯片领域大力投入的Ambarella也选定三星2nm为其新产品生产代工。
不过，最近三星2nm的坏消息却不断。除了被传良率不好以外，有消息人士甚至表示，三星的自研手机芯片，可能会考虑台积电工艺。这给韩国芯片巨头带来的利空，是显而易见的。从三星领导层最近的变动和表态看来，2nm的良率也求在困扰着三星。
正因为深受困扰，三星调兵遣将，任命韩进万（Han Jin-man，音译）为公司总裁兼晶圆代工事业负责人。同时，三星还指派公司芯片工厂工程和营运主管南锡佑（Nam Seok-woo）出任晶圆代工事业技术长。
三星电子公司新任芯片代工业务负责人韩进万在周一表示，他将全力以赴改进公司先进的 2 纳米芯片处理技术，并争取更多客户，与代工竞争对手台积电抗衡。韩进万在就任三星代工业务负责人时向员工发表讲话，表示将推行“双轨战略”，缩小三星与台积电的技术差距，并抵御来自中国中芯国际等快速跟进者的竞争。
韩进万承认：“尽管三星是第一个过渡到全栅（GAA）工艺的公司，但在商业化方面仍然存在重大缺陷”，“迅速扩大 2nm 工艺的生产是公司的首要任务”，他强调。“我们必须承认我们落后于竞争对手，但我们将克服这一挑战，”韩进万进一步指出。“我们将专注于大幅提高 2 纳米（nm）制造工艺的良率。我们的目标是在明年实现切实的转变。”韩进万总结说。
虽然三星不容，但三星代工厂还在加紧建设用于大规模生产 2nm 工艺的生产设施。该公司一直在为其华城工厂的代工线“S3”引进各种设备，以建立一条2纳米生产线，目标是在明年第一季度之前安装一条每月产能7000片晶圆的生产线。
从明年第二季度开始，三星还计划在其平泽2工厂的“S5”安装一条1.4纳米生产线，产能约为每月2,000至3,000片晶圆。S3 剩余的 3nm 生产线计划在明年年底前完全转为 2nm 生产线。此举是三星推进其技术路线图的更广泛战略的一部分，该路线图的目标是明年大规模生产 2 纳米。
三星新任代工负责人也将负责争夺高通、AMD和Nvidia等大公司作为其客户。三星同时表态，其目标是到 2027 年转向更先进的 1.4 纳米芯片处理技术。
然而，在三星苦苦追赶台积之际，他们还面临中国厂的竞争。业界观察家指出，中芯国际与三星的市占差距，从第2季的5.8个百分点，第3季缩小至3.3个百分点。三星晶圆代工部门的季度亏损超过7亿美元，公司与台积电的差距也被拖大，为改善获利，三星打算扩大10纳米等成熟制程的客户。
台积电张忠谋在日前更是坦言：“三星晶圆代工之所以搞成今天这样，主要是因为技术性的问题，并不是行政策略的问题。
英特尔，略显迷茫
本来，在帕特基辛格的领导下，英特尔对于“四年五节点”充满了信心。
在四年前上任后不久，基辛格就发誓要成立一家代工企业，与台积电竞争，并承诺在五年内开发五个制造节点。过去多年里，他也多次表达了一个观点，那就是台积电是可以战胜的。例如在今年四月，时任英特尔首席执行官帕特·基辛格表示，该公司将能够在半导体芯片生产方面击败台湾半导体制造公司（TSMC）。
基辛格在 Semafor 世界经济峰会上表示，台积电“做出了卓越的工作”，并补充说英特尔“帮助创造了一些技术”。“十年前，我们做出了错误的战略决策，而他们采用了其中的一些技术，并成为了世界的代工厂。”基辛格接着说。
在基辛格看来，台积电的成功完全得益于台湾的大力支持；为此基辛格认为，美国《芯片与科学法案》同样可以促进国内芯片制造业的发展，到本世纪末产量将翻一番。然而，其寄予厚望的 18A 处理节点（相当于2nm）一直面临延迟。多个传言也表示，其早期客户之一博通据称也存在产量问题。只有 20% 的芯片通过了早期测试。
回想去年，时任英特尔CEO基辛格在接受采访时表示，英特尔的18A工艺十分地先进，即使是友商也没有办法能够跟自家的产品相提并论，其中一个重要的原因就是英特尔使用了RibbonFET架构，这个技术目前友商还没有使用，从而让英特尔的18A以及20A能够比台积电的2nm工艺更加先进。
为其雄心勃勃的“4 年 5 个节点”路线图的最后节点，孪生的 20A/18A 是多项新技术的巅峰之作，主要是英特尔的 GAAFET 实现（RibbonFET），它与英特尔的背面供电网络 (BS-PDN) 技术 PowerVia 相结合。20A 是英特尔该节点的早期版本，而 18A 是经过改进的版本，可长期在内部使用，也是英特尔代工厂的第一个主要外部节点。
英特尔之前还透露，公司的2nm潜在代工客户已经有很多家，比如微软、美国国防部等，预计到2025年中会有八款18A芯片完成流片，包括Intel自己的、外部客户的产品。但从现在的各种消息看来，Intel 18A似乎不达预期。
根据英特尔原来到的计划，公司的18A预计将在2024年下半年实现制造就绪，预计英特尔2025年上半年商用的Inte 18A将会进一步扩大领先优势。最近，针对良率过低的问题，英特尔和已经被撤掉职位的Pat也都在为其辩护。
但从现状看来，英特尔挑战依然不小。相关数据显示，英特尔2023 年的运营亏损为 70 亿美元，比上一年增加了 20 多亿美元，这标明英特尔还有很多工作要做才能扭转局面。根据英特尔的规划，公司的目标只是让该部门在 2027 年实现收支平衡。因此，英特尔一直在筹集数十亿美元的财务援助，以确保其多工艺节点计划能够按时完成，并能生产出足够数量的芯片。
但随着基辛格的离去，这个战略打上了新的问号。张忠谋更是直言：“英特尔的致命伤是欠缺新策略，并且因太过冲刺晶圆代工服务（IFS）而错失AI商机。如今更面临双缺（缺新策略及新CEO）。”这对英特尔来说，也的确是个难题。
力积电董事长黄崇仁则一言以蔽之：“英特尔打不过台积电，一句话而已。”
写在最后
如文章开头所说，日本的Rapidus 本来也对2nm寄予厚望，该公司也获得了Jim Keller所在公司在2nm上的合作承诺。Rapidus 总裁 Atsuyoshi Koike 也指出，除了已经披露的公司外，Rapidus 还在与其他 40 家公司进行谈判。
日前，IBM 和日本芯片制造商 Rapidus 的科学家共同宣布，他们在持续构建 2 纳米工艺的芯片方面取得了关键里程碑。他们使用两种不同的策略来选择性减少纳米片层，他们推动了该技术从单根纳米线向堆叠纳米片的演进。纳米片比纳米线具有更好的静电控制能力，同时还可以在给定的占位面积内安装更多晶体管。纳米片环绕栅极晶体管也具有多个阈值电压（或多 Vt），这使得芯片可以执行复杂的计算而不需要太多的能量。该小组发现他们可以做到这一点，而不需要这种构造方法往往会伴随的金属栅极边界问题。
这意味着该团队现在已经向下一代微芯片的第一次迭代迈出了重要一步。但是，在英特尔和三星都无法挑战的当下，Rapidus的胜算能有几高？答案，显而易见！
与此同时，一家独大的台积电，也引发了大家对2nm定价权的担忧。正如外媒所说，在缺乏可行竞争的情况下，台积电从一个“有效”的前沿垄断者转变为真正的垄断者。这使他们可以随心所欲地提高价格。通过计算，我们很快就会发现，许多当今设计前沿芯片的公司将不得不脱离摩尔定律曲线，因为它不再具有经济可行性。
举例而言，假设有一家规模可观的台积电客户——不在前三，但可能在前十。他们目前可能向台积电支付每片晶圆 20000 美元，而良率量较低的客户支付的费用接近 25000 美元。假设这家公司有一块 170 平方毫米的芯片。使用方便的半分析芯片良率计算器，可计算出每片晶圆 325 片芯片，或每片 61 美元。如果该公司将芯片定价为 140 美元，他们的毛利率将达到 55%，这还不错，但不算太好。
现在假设台积电将其下一带工艺的价格提高到 40,000 美元。N2 密度改进的估计值仍在不断增加，但我们假设每片晶圆（375 KGD）的芯片数量增加 15%。然而，每片芯片的成本却跃升至 107 美元。这是摩尔定律放缓的核心——密度增加现在大大滞后于价格上涨。如果设计公司无法将成本增加转嫁给客户，并且价格被困在 140 美元，毛利率将降至 22%，这不是好事。
我们可以根据这些数字来讨论芯片设计师可以在多大程度上将这些成本转嫁给他们的客户，但结论仍然是一样的：随着台积电提高价格，生产尖端芯片对于越来越多的客户来说变得越来越不可行。
当然，台积电不会无限提高价格并切断所有需求，但他们的定价将最大化自己的价值提取。这可能会导致能够负担得起尖端芯片设计的客户数量大大减少。
但未来，谁又知道呢？
文章来源：半导体行业观察，原文标题：《2nm，胜负已分？》。
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