深度丨全球厂商都在追的2nm

前言：

2纳米芯片不仅可用于量子计算、数据中心和智能手机等产品中，还可以决定军事硬件的性能，包括战斗机和导弹。

如今为何各国都在争相投入大笔资金来发展本国自主可控的先进技术，因为半导体变得越来越重要了。

在2nm的工艺赛道上，不止只有三星和台积电在争相炫技，其实背后的IBM和英特尔也在紧追慢干的，试图在这场技术上实现弯道超车。

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台积电：下一代技术路线已明确

台积电计划在2024年引进ASML下一代极紫外光刻机，这也是台积电能否量产2nm制程芯片的关键。

在台积电2022年技术研讨会上，台积电正式公布了其N2（2纳米级）制造技术，将成为台积电第一个使用其基于纳米片的栅极全方位场效应的节点晶体管（GAAFET）。

台积电的N2是一个全新的平台，广泛使用EUV光刻技术，并引入了GAAFET（台积电称之为纳米片晶体管）以及背面供电。

此外，平台产品包括台积电称之为Chiplet Integration，这可能意味着台积电使其客户能够轻松地将N2芯片集成到使用各种节点制造的multi-chiplet封装中。

台积电预计会在2024年下半年开始使用其N2制造工艺风险试产，这意味着该技术应该在2025年下半年可用于商业产品的大批量制造(HVM)。

台积电计划到2025年，其成熟和专业节点的产能将扩大约50%,该计划包括在中国台湾、日本和中国大陆建设大量新晶圆厂。

量产2nm是需要用上高数值孔径系统光刻机的，也就是ASML下一代的NA EUV光刻机。台积电是ASML的大客户，获得NA EUV光刻机的供货不成问题。

从以上种种来看，台积电2nm可以说是万事俱备，只差建厂投入量产了。

IBM：第一个吃螃蟹的2nm芯片厂家

作为制造行业最大的突破之一，IBM在去年推出了世界上第一个2nm半导体芯片。

IBM制造了第一款采用2 nm工艺Nanosheet（纳米片）技术的芯片。

预计该工艺将实现比当今最先进的7nm节点芯45%的性能和低75%的能耗。

其研制出的2nm芯片最小元件比NDA单链还要小，指甲盖大小的芯片可以容纳500亿根晶体管，可以在不同的场景中提升计算速度。

IBM没有公布2nm测试芯片的细节，但根据业界推测，这很可能是一个SRAM 测试平台，包括部分逻辑测试结构。

与过去 15 年的晶体管结构不同，IBM的2nm设计明显没有使用FinFET架构。其在大力推进GAA、Nanosheet和VTFET等新结构。

当然，IBM走的是设计路线，并不是制造，将来IBM的2nm芯片如果想造出来，基本上也是选择台积电或者三星代工。

英特尔:为了赶超拒绝[挤牙膏]

2021年英特尔宣布投入200亿美元新建两家半导体工厂，以直接挑战在代工领域占据主导地位的台积电和三星。

英特尔在2024年要开始量产20A和18A工艺，均是2nm工艺级别，可以看出想要摆脱[牙膏厂]的称号的决心。

英特尔采用下一代高数值孔径EUV，并将定位于接收业界首个高NA EUV生产工具。

Ribbon FET是英特尔实现的环栅晶体管，该技术提供更快的晶体管开关速度，这将实现晶体管性能的又一次重大飞跃。

三星：市场倒逼2nm研发力度

台积电加紧布局2nm，三星明显有些着急了。三星在未来五年将加大在半导体行业的投入，用更多的资本力量提高市场竞争力。

据外媒报道，近期前往欧洲开始商务旅行的三星集团副会长李在镕，到访了光刻机制造商阿斯麦的总部，深化两家公司之间的合作事宜。

在这一次会面中，两家公司的高管也探讨了扩大芯片领域合作的方式及极紫外光刻机的采购事宜，以确保7nm及更先进制程工艺的量产。

三星还有另一项动作可能涉及收购欧洲芯片制造巨头恩智浦。

恩智浦是欧洲三大芯片制造商之一，主营工业芯片制造，在车规级芯片，第三代半导体等芯片领域有深入部署。

如果三星再不出手，本就紧缺的EUV光刻机会不断交付到台积电手中。

不过，三星在未来还需要花费大量的时间提高芯片良率，获得EUV光刻机的持续供货，以及稳定客户关系等。

日本与美国组团发展2nm芯片

日本将于美国联合组建半导体联盟，并计划最早于2025年在日本启动2nm制程芯片制造基地。

这次美国联合日本研发2nm，就是为了将更尖端的芯片技术掌握在自己手中。

日美两国政府将根据双边芯片技术合作伙伴关系提供支持，两国民间企业将在设计和量产方面进行研究。

日本希望通过在本土生产新一代半导体，确保稳定供应。为实现这一目标，日本和美国企业有望联合成立新公司，或者日本企业可以建立一个新制造中心。

另一方面是打造一条几乎完全封闭的半导体产业链，避免信息泄露到其他国家，从而实现美芯片制造技术的领先。

关键是，它们把台积电排除在外。

其实这一目标并不是没有实现的可能，毕竟老美掌握着芯片制造所用到的EUV光刻机；

日本掌握着芯片制造所用到的硅晶圆、光刻胶等关键材料，美日结合反而实现了真正意义上的互补。

欧洲计划冲刺2nm实属高难度

欧盟委员会在一项名为《2030数字指南针》计划中，提出生产能力冲刺2nm的目标。

欧洲虽然没有大型的晶圆代工厂，但却是尖端芯片制造商和和设备供应商的所在地。其中包括意法半导体、英飞凌、恩智浦和艾迈斯半导体以及格罗方德及其德国工厂、英特尔和ASML。

在没有台积电或三星支持的情况下，建造这样一个最先进的设施至少需要10到15年，并且需要数百亿美元的投资。

但芯片发展并不是投钱就能搞定的事情，技术底蕴积累，以及人力资源方面都相当关键。

芯片生产环节也需要大量的劳动力，这对于欧洲资本主义国家而言，也是非常大的难关。

欧洲、美国想要建厂实现芯片国产化的愿望估计是得泡汤，没有台积电的技术支持，搞定2nm同样难度极高。

结尾：

在5nm节点后，台积电、三星、英特尔之间的竞争已经开始了白热化，好戏也在不断上演。

因为他们清楚一个道理，那就是谁能取得技术优势，谁就能掌握半导体供应链的主动权，成为5G、人工智能、高性能计算等诸多领域的核心芯片供应商。