苹果吃下台积电3nm全部产能 快速量产A17/M3芯片

2022年底，台积电宣布量产3nm芯片，良率最高可达到80%，但高昂的代工价格仅有苹果一家“下单”。据悉，3nm晶圆销售价格超过了20000美元，比5nm贵了20%。不过，据Digitimes近日报道，为了即将推出的A17和M3芯片，苹果已经100%占据了台积电目前所有的N3产能，而高通、联发科正在后面排队。

图源：苹果官网

而供应链消息表示，虽然台积电2023年上半整体产能利用率明显下滑，但代工价更高的3纳米(N3)制程确实如台积电所言，投片客户、出货片数与良率皆优于预期。除此之外，台积电更省电的N3E工艺即将投产。

3nm芯片价格高得“离谱”

尽管台积电已经宣称大规模量产3纳米制程技术，其在性能和功耗方面带来了许多的优势，但外传因为初代的N3制程技术成本非常高，因此阻碍了无晶圆厂IC设计公司的采用意愿，包括高通、Nvidia、联发科等IC设计公司均不会首批选择3纳米工艺。英伟达CEO黄仁勋也曾在发布4nm制程的RTX 40系列显卡时就曾吐槽过：“现在芯片代工不是贵一点点，而是巨幅增长!”

据悉，N3是一项使用起来很昂贵的技术，其使用了多达25层的极紫外光(EUV)微影曝光流程，导致每台EUV微影曝光设备的造价高达1.5到2亿美元。这也使得台积电为了摊平采购EUV微影曝光设备的采购成本，不得不对其N3与后续制程技术的生产收取高昂费用。

有消息曾指出，N3工艺较每片N5工艺晶圆的16,000 美元高出1/5的价格。即便这样的报价还取决于多项因素，例如设计复杂度，生产数量等，但关键要素仍是在芯片生产成本越来越高的事情上。

此前，一度还传出手握3nm高端制程的台积电找不到买单之人的说法。不过，确如Digitimes所报道那样的话，即使2023年苹果一家吃下全部3nm芯片，对台积电也是大大利好消息。

2022年底，台积电宣布在台南科学园区的新Fab 18工厂开始量产3nm芯片，该工厂预计将用于量产A17 Bionic和M3芯片。不出意外的话，A17 Bionic芯片将专门用于即将推出的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max/Ultra机型，而M3将专用于今年第四季度上市的新款MacBook机型。

台积电将推出低成本工艺N3E

有市场分析师曾指出，“相信有意义的N3工艺产能提升将在2023 年下半年开始，但届时因为优化版本N3E也将准备就绪。”这将使得在高性能运算(客户如AMD、英特尔)、智能手机(客户如高通、联发科)和客制化芯片(客户如MRVL、AVGO、GUC)方面的主要客户可能会留在原本的N4/5节点制程技术上，或者选择成本较低的N3E作为他们首次在3 纳米节点技术上的尝试。而台积电的N3制程技术则以生产苹果的产品为主。

据悉，台积电3nm工艺投资高达605亿美元，仅苹果一家下单显然无法覆盖其投资成本，势必要吸引更多设计厂商下单。而据Tom’s Hardware报道，台积电还曾考虑准备降低3纳米系列制程技术的报价，以刺激客户的采用兴趣。

目前，台积电3nm制程系列包含多个细分制程技术，包括N3、N3E、N3P、N3X等。其中，还未面世的新一代N3E制程成本较N3制程要更低，这一情况甚至已成为市场共识。其中，台积电考虑降低报价的3nm系列工艺，应该是N3E工艺。

据悉，N3E工艺最多仅需使用19层EUV微影曝光流程，制造复杂度略低，其成本也较低。因此，台积电可在不损害获利能力的情况下，进一步降低N3E工艺的生产报价。

根据AMD此前公开的计划来看，其2024年部分采用Zen 5设计的产品将采用3nm制程生产;英伟达也计划在其下一代Blackwell架构GPU中，采用3nm制程技术。因此，在3nm系列工艺技术成本高昂的情况下，一些企业可能会优先选择N3E工艺。

为何苹果重金下单3nm工艺?

据彭博社记者马克·古尔曼此前报道，高通和联发科尚未确定是否会在2023年推出3nm芯片，苹果很可能是2023年唯一一家采用台积电3nm制程工艺的公司。高通和联发科对于是否要推出3nm工艺主要存在两大顾虑：一是不确定市场前景;二是成本极高。

据台积电此前介绍，基于3nm的N3工艺将实现60%至70%的逻辑密度提升，15%的性能提升，同时比5nm的N5功耗降低30%至35%，并支持新的FINFLEX架构。

N3工艺的SRAM单元的面积为0.0199平方微米，相比于N5工艺的0.021平方微米只缩小了区区5%!更糟糕的是，所谓的第二代3nm工艺N3E，SRAM单元面积为0.021平方微米，跟N5工艺毫无差别。由此可见，由工艺进步带来的面积缩小开始走向“挤牙膏时代”，面积意味着成本，靠工艺的代差来提高集成度这件事情基本走到尽头。而3nm已经不是一个最优化的综合成本效益投资。

然而，为何苹果愿意重金下单3nm工艺，根本在于苹果非常重视产品体验，特别是在芯片性能上。甚至有人猜测，Apple A17的提升会是爆发式的。

之前，由于台积电延期、疫情、苹果CPU团队人员变动的共同作用，导致A14/15/16的CPU架构工艺都没实质的大提升。而M3芯片也是同样的困扰。因此，如果A17/M3还是没什么大改进，那苹果得“跌落神坛”了。

另据Digitimes报道，高通和联发科优先度紧随苹果之后，将采用台积电3纳米工艺，但他们是否会使用相同的N3技术量产骁龙8 Gen 3或天玑新旗舰平台，仍不确定。