英特尔VS台积电：谁能最先达到2nm工艺？

一年前,我警告说台积电进入到全栅极 (RibbonFET) 时代可能要比预想得晚一些,RibbonFET标志着最先进半导体的下一个前沿。但在三个月前,有报道称台积电将在 2023/2024 年转向 2nm。这是基于台积电将在 2023 年开始(风险)生产的预期。

然而,在最近的财报电话会议上,台积电宣布了其 2025 年的 2nm 节点。因此,这条新的信息证实了一个悲观的观点,即台积电目前的领导地位正逐渐被一家名为英特尔(Intel)的移动更快的公司所侵蚀,后者将在18个月内从4A转换为20A。相比之下,N3和N2的连续延迟表明台积电将放缓至 2.5 年的节奏。

此外,随着英特尔新管理层进军代工业务(可能投资2000亿美元),对台积电投资者来说,英特尔重夺制程领导地位将更加令人担忧。

2nm延迟

大约一个季度前,英特尔在半导体行业投下了炸弹,宣布一个为期四年的路线图,其中包括:(1)2024年过渡到RibbonFET,并在20A节点首次采用PowerVia背面电源传输(2)在业界率先采用ASML高数值孔径 EUV 光刻技术,将在 2025 年恢复工艺领先地位。

从那时起,三星和台积电都宣布了自己的路线图。综上所述,虽然我已经广泛讨论了节点名称的营销性质,但鉴于三星和台积电的这些公告,看来英特尔确实将在 2024-2025 年拥有最低的工艺技术编号:英特尔将在 18A(1.8nm ) 与其他两家代工厂的 2nm 相比。因此,Intel 似乎率先采用 2nm/20A。

以下是台积电在被问及英特尔 7 月路线图公告时的回应:

我不对竞争对手的技术路线图或他们的技术方法发表评论。但是对于台积电,我们有信心我们将非常有竞争力,而且我们确实有一个非常有竞争力的时间表,让我说,在所有 3 纳米技术和 2 纳米技术中。

我可以和大家分享的是,在我们的 2 纳米技术中,密度和性能将在 2025 年最具竞争力。

这个答案最重要的一点是,台积电的 2nm 比任何人预期的都要晚得多。如果现在还不清楚台积电 2 年稳定节奏的日子已经结束,那么这应该是确凿的证据。

为了详细说明这一点,不久前我讨论了台积电的 3nm 节点,其中包含进一步的证据表明它不会满足苹果 2022 年 iPhone的时间表,这是许多人所期待/假设的(尽管最初的迹象表明反对这一点已经成为2020 年清除)。无论如何,2025 年 2nm 量产的公告显然排除了 2024 年推出 2nm 的可能性,这将是 5nm 之后的四年,符合典型的摩尔定律节奏(尽管台积电实际上每缩小不到 2 倍)节点)。相比之下,7月份有报道称台积电将在2023年开始生产2nm。

日经亚洲报道称,台湾政府现已批准台积电的 2nm 工艺计划。测试生产可能会在 2023 年开始,为 2024 年在 iPhone 中的使用铺平道路。

相反,新的时间表反而暗示 N2 可能针对 2025 年的 iPhone。

分析

这里的重点不是对工艺技术领先地位进行任何比较,因为在公开技术规范之前这是不可能的。尽管如此,还可以进行其他几个关键的总结。

首先,主要观察结果是,台积电目前的主要技术引进周期似乎是 2.5 年:从 2020 年的 5nm 到 2025 年的 2nm,是五年内的两个节点。不用说,这是摩尔定律规定的 2 年黄金标准的明确下降。

可以肯定的是,这本身并不一定意味着台积电将失去目前的领先地位,例如三星之前将其 3nm 推迟到 2023 年,并且也将 2nm 列入了 2025 年的路线图。此外,三星的 5nm 只是一个其7nm节点的改进,因此在技术规格方面三星的2nm应该比台积电的2nm落后很多。相反,这可能意味着因为缩小变得越来越难,正如我最近所说,摩尔定律似乎正在放缓。

然而,有一家公司实际上正在加速发展。目前,英特尔在 Intel7 节点上。英特尔将在 2023 年上半年转向 Intel4 工艺,并在 2024 年底跃升至 20A,这将是一个只有18个月的周期。

实际上,到 2024 年,英特尔将以其 20A 节点与台积电的 N3E 竞争,而在 2025 年,英特尔将在 18A 节点上领先于台积电的 2nm。这意味着英特尔赢得了未来几年的营销游戏。

第二点是关于其 2nm 将在性能和晶体管密度方面“最具竞争力”的说法。除了营销数字,作为初步分析,我们可以简单地推断并得出结论,台积电的 2nm 应该具有大约 500MT 的密度。

对于英特尔来说,分析有点模糊,因为Intel 4 的密度甚至还不知道。尽管如此,之前的管理层暗示两个节点的 scaling factor均为 2.0 倍。这将为 Intel 4 提供 200MT 的密度, Intel 20A 的密度则为 400MT。然而,之前的管理层实际上已经为现在称为 Intel 4 的处理器提供了 2.4 倍的提升。这也意味着,20A可能达到480MT。

根据这两种情况,如果英特尔随后在 18A 中使用高数值孔径 EUV 光刻进行大约 20% 的缩放,那么在 18A 时它可能会达到 500MT或600MT ,这将在看涨的情况下赶上或略微领先。

最后,投资者应该注意,英特尔声称的工艺领先地位是基于每瓦性能,而不是晶体管密度。尽管如此,投资者还应注意,英特尔可以使用台积电的 PDK(因为如前所述,英特尔将是 3nm 的前 2 大客户),而英特尔让台积电使用其 PDK 的可能性较小。虽然不知道台积电是否已经向其客户提供了 2nm 细节的访问权限,但投资者因此应该比台积电更相信英特尔的说法(因为这些都是基于实际数据)。

总体而言,上面的理论数据表明,英特尔和台积电在 2025 年应该非常接近。

尽管如此,如果有人敢推断到2026年,>800MT的英特尔～14A可能会开始成为更有意义的工艺领导,如果台积电要到2028年才能拥有～1.4nm。

技术结论

大约一年前,我警告投资者,台积电到 2024 年将落后于英特尔和三星。这是基于观察到三星和英特尔将分别比台积电提前一年和两年过渡到下一代 GAA晶体管,我预测台积电将在 2025 年推出其 2nm,而英特尔的 5nm(现在称为 20A)则在 2024 年:

假设 5nm 现在也正在转移 6 到 12 个月(即使 7nm 缺陷模式原则上应该对 5nm 的发展没有任何影响),这仍然意味着 5nm 将在 2024 年推出,最多提前一年台积电。

因此,我要指出,基于当前可用数据的预测仍然有效。换句话说,如果台积电在 2025 年的 iPhone 中推出 N2,那么英特尔将提前整整一年推出自己的 20A 节点,晶体管密度大致相同。

相比之下,该文章最受好评的评论之一是逆势预测,该预测将台积电 2023 年的 2nm 密度设为 440MT(与英特尔的 400MT 相比)。另一条高度赞成的评论得出了类似的结论:

台积电将在 2023 年进行 2nm 试产,并且他们在保持时间表方面享有很高的声誉。另一方面,英特尔 CEO 表示 7nm 将在 2022-2023 年到来,因此英特尔不可能在 2024 年之前完成他们的 5nm [20A],而 5nm 的 2024 年已经是最乐观的情况。

更一般地说,最重要的结论是台积电正在将其放缓的步伐扩大到 2nm,现在似乎是坚定的 30 个月节奏。与此同时,英特尔将尝试以 18 个月的节奏达到 20A。

风险

有一种可能是台积电的声明被误解了。台积电没有给出其 N2 时间表的正式时间表,因此有人可能会争辩说,台积电只是在回答英特尔是否会在 2025 年重新获得工艺领导地位的问题。换句话说,N2 有可能比 2025 年的 iPhone 更早推出。

此外,虽然本文侧重于技术考虑,但我最近对英特尔的论点或多或少适用于台积电:台积电的收入可能会继续增长,因为整体市场在增长。即使在最乐观的情况下,英特尔也可能需要十年时间才能或可能开始从台积电手中夺取可观的市场份额。