文 | 半導體產業縱橫
?11月26日,臺積電在高雄的2nm新廠舉行設備進機典禮。
原本高雄工廠的計劃是在2025年中期引進設備,年底進行生產。受益于需求高漲,臺積電高雄工廠的時間線整整提前了半年,這也把全球2nm制造的時間表向前推進了一步。
2nm 產能將于 2025 年開始,這印證了之前我們所了解到的臺積電2nm進展超出預期。
從工廠分布來看,2023臺積電在中國臺灣已建成的18處工廠中,寶山的P1、P2將會生產2nm。P1的設備已經在2024年4月進廠,并預計在2024年第四季度進入驗證,預計將在2025年量產,計劃產能約為3萬片。2023年新建的新竹F20、高雄F22也將生產2nm。F20工廠將于2025年第四季度開始產能提升,月產能約為3萬片晶圓。F22工廠則將于2026年第一季度開始商業化生產,月產能同樣為3萬片晶圓。到2026年,臺積電2nm工藝的月總產能至少可以達到9萬片晶圓,為全球客戶提供穩定可靠的2nm芯片供應。
在臺積電5nm產能利用率已經超負荷,3nm產能利用率在2025年有望達到100%的情況下。2nm制程的上線預告,讓臺積電在先進制程的市場上繼續領跑。
01天時地利人和,臺積電準備好了
臺積電在2nm制程的準備上已經十分完備了。除了設備進場的“硬背景”,其他2nm相關的要素也在低調中完成。
天時:生成式AI爆火
全球半導體市場在經歷了2023年的寒冬后,借助生成AI的浪潮,臺積電在2024年賺得盆滿缽滿。
臺積電用十個月完成了2023年全年業績。2024年10月,臺積電凈收入為3142.4億新臺幣,同比增長29.2%,前十月營收已達到23400億新臺幣,作為對比,2023年臺積電全年凈收入為21617.36億新臺幣。這樣的樂觀的市場,讓臺積電的市值在2024年10月突破了萬億門檻。
AI應用的爆發式增長,讓各大芯片廠商紛紛爭搶臺積電3nm的產能。臺積電也多次表示“AI相關需求非常強勁”,“這是真實的(實際需求)”,預測稱AI需求今后數年將持續下去。在這樣的背景下,臺積電董事長兼首席執行官魏哲家曾自信地表示,2nm工藝的需求空前高漲,目前2nm的規劃產能已經超過3nm。
生成式AI成為臺積電發展2nm的天時。
地利:當地部門傾力協調
臺積電2nm的加快,與中國臺灣相關部門的大力支持也密切相關。隨著美國新一任大選結束,特朗普的勝選讓《芯片法案》走向成謎。中國臺灣有關部門表示臺積電不會將最先進的制程引入美國。
高雄當地部門對臺積電在高雄的投資給出了相當高效的支持。例如,當地官員在視察高雄小港機場新航廈工程時,特別指示工程單位要考慮未來10年南科半導體空運需求,必須在2032年如期完成第一期建設計劃,以縮短半導體供應鏈的輸出效率。
面對臺積電對當地部門提出的高級人才、員工安居等需求,當地全力配合并提出解決方案,包含增設小學、實驗中學增班、聯外交通的強化、再生水廠的建置。在高等人才教育上,邀請中國臺灣清華大學、陽明交通大學進駐高雄設置分校。
對于高雄來說,協助臺積電能夠順利地在高雄落地投資,對高雄的轉型也會有非常大的幫助。因此當地部門也已經協同數十家相關材料設備及零組件等供應鏈廠商進駐到高雄,為臺積電盡可能提供便利。
臺積電對于中國臺灣經濟的重要性,讓它擁有了傾全島之地利。
人和:AMD、蘋果是買家
至于2nm的買家,這或許是臺積電最不愁的問題。
首先,蘋果是“骨灰級臺粉”。作為臺積電先進制程技術歷年的首批應用者,蘋果在2023年就使用了臺積電的3nm制程。據透露,臺積電會給蘋果100%合格的芯片,自己吞下缺陷芯片的成本。二者如此緊密的合作關系,蘋果繼續“沉迷”最新制程在未來應該不會有變。不過,據分析師預測,iPhone 17系列依舊趕不上臺積電最新的2nm制程,2026年的iPhone 18 Pro系列將會成為首批搭載臺積電2nm處理器的智能手機。
業內人士表示,AMD將會是2nm的另一個買家。AMD的第五代 EPYC Turin 處理器和MI350系列都采用了3nm制程。
不難推測,所有3nm的客戶都會在后續采用2nm制程。這就將客戶名單擴展至:聯發科、高通、英特爾、英偉達等。
臺積電新 3nm 工藝節點生產的芯片列表:
- 蘋果 M4、蘋果 A18、蘋果 A19
- 聯發科 Dimensity C-X1
- 高通驍龍 8 Gen4
- 英特爾 Arrow Lake CPU、英特爾 Lunar Lake CPU
- AMD Zen 5 CPU、AMD Instinct MI350 AI加速器
- 英偉達Rubin AI GPU
坐擁全球最頂尖的芯片客戶,臺積電真的不愁賣。
02 2nm,還有誰?
臺積電過于有統治力的市場主導地位在2nm制程上仍會延續。從目前的進度來看,先進制程的主要競爭者在2nm上依舊不能望其項背。
首先看最有力的競爭者三星電子。據媒體報道,三星在2024年成功獲得美國AI芯片公司安霸(Ambarella)的2nm代工訂單。三星計劃在2025開始投產2nm工藝的ADAS芯片,并預計于2026年底或2027年實現商業化生產。
三星電子在11月18日舉行了位于器興園區的 NRD-K 新半導體研發綜合體的進機儀式,NRD-K 還將包含一條研發專用線,該產線將于 2025 年中投入使用。三星電子預計將在2025年初引進其首臺ASML High NA EUV光刻機,除此之外,NRD-K 綜合體將導入新材料沉積設備在內的一系列最先進半導體生產工具,旨在加速 3D DRAM、千層 V-NAND 在內的下代存儲芯片開發,還將建設 WoW 晶圓鍵合基礎設施。
此前,三星電子已與比利時微電子研究中心imec展開合作,在imec與ASML共同建立的High NA EUV光刻實驗室中,對High NA光刻技術進行了初步探索。此次引進自有High NA機臺,將加速三星在光刻技術領域的研發步伐。雖然三星從設備、市場都在暗示了2025投產2nm,但三星還沒有解決自家3nm代工的“糊涂賬”。
因客戶訂單不足,良率偏低,三星晶圓代工業務持續虧損。11月,業內人士透露三星在其平澤二號(P2)和三號(P3)生產基地的 4nm、5nm 和 7nm 制程中,已有超過 30% 的代工生產線停產,并計劃在年底前將停產比例擴大至約 50%。而3nm的情況更不樂觀,報道指出三星目前第一代的3nm制程工藝目前良率只有60%,目前使用三星3nm制程芯片的或許只有三星自家的產品 Galaxy Watch7 智能手表。目前三星最新的Exynos 2400e芯片采用的是三星的4nm工藝。
英特爾的20A工藝已經被取消,直接跳到18A時代。英特爾將在Panther Lake和Clearwater Forest上使用18A制程,預計2025年上市。如果如期上市,英特爾或許可以在先進制程工藝上反超臺積電。
另一家值得介紹的2nm有力競爭者,Rapidus原本對于2nm的規劃就已經設置到2027年。日本政府計劃在2025財年向芯片制造商Rapidus投資2000億日元,Rapidus目前在北海道千歲建設的工廠由新能源和工業技術開發組織監督,已在2023年9月動工,試產產線計劃在2025年4月啟用、2027年開始進行量產。
整體來說,2025年,我們會見到更多2nm芯片的消息,但預計真正的鋪開還需要等到2026年。如果想看到其他競爭者,或需要等到2027年。
03 1nm,臺積電也開始準備了
據報道,臺積電已調整了對客戶的 2025 年代工報價,以緩解海外設施高昂運營成本和 2nm 部署成本造成的毛利率損失的影響??蛻暨€可以訪問該代工廠計劃于 2025 年第四季度開始的 2nm 工藝制造報價。
在近期的臺積電公開的關于先進制程的信息中,我們發現臺積電不僅布局好了2nm,甚至準備好了1.6nm的相關工作。
在歐洲開放創新平臺論壇上臺積電宣布,Cadence 和 Synopsys 的所有主要工具以及西門子 EDA 和 Ansys 的仿真和電遷移工具都已為臺積電的N2P制造工藝做好準備。N2P 工藝預計將于 2026 年下半年投入大規模生產。與原始 N2 相比,N2P 功耗降低 5%–10%(在相同頻率和晶體管數量下)或性能提高 5%–10%(在相同功率和晶體管數量下)。
臺積電預計2026年下半年開始量產A16制程(即1.6nm),A16工藝還將結合臺積電的超級電軌架構,即背部供電技術。與N2P工藝相比,A16在相同工作電壓下速度快了8%~10%,或在相同速度下功耗降低15%~20%,同時密度提高至原來的1.1倍。此前有消息稱,OpenAI將采用臺積電最先進A16工藝制程。
04 到底什么還能阻擋臺積電?
2008年,臺積電發生了“40nm危機事件”。當年臺積電的40nm工藝鎖定了英偉達、AMD、Altera等大客戶,但到了2009年中,因良率過低對英偉達和AMD造成嚴重的市場風險。
受此影響,英偉達嘗試了三星的 8nm 工藝來生產其 RTX 30 系列。后續張忠謀重回臺積電解決了良率問題,并親自與黃仁勛會面才解決了合作問題,并且在28nm工藝上重新實現合作。
40nm危機事件后,臺積電再也沒有如此大的挑戰,似乎能打敗臺積電的只有臺積電自己。