蘋果、英偉達(dá)、AMD、高通和聯(lián)發(fā)科等都采用臺(tái)積電半導(dǎo)體制程生產(chǎn)最新芯片，部分芯片可能采用三星晶圓代工，但通常不是旗艦。 隨著三星過去幾個(gè)月良率提升，三星非常希望拿下部分訂單，例如3納米GAA制程。

之前市場(chǎng)消息，高通Snapdragon 8 Gen 4可能采用雙代工廠策略，也就是同時(shí)采用臺(tái)積電的N3E制程技術(shù)和三星的SF3E制程技術(shù)。不過，目前高通和聯(lián)發(fā)科都計(jì)劃采用臺(tái)積電第二代3納米制程技術(shù)（N3E），制造Snapdragon 3 Gen 8和天璣4的芯片，并沒有所謂的雙來源計(jì)劃。

三星在2022年6月底宣布，其位于韓國的華城工業(yè)區(qū)的工廠開始生產(chǎn)3納米制程芯片，采用全新GAA（Gate-All-Around）架構(gòu)晶體管技術(shù)，傳聞比起臺(tái)積電3納米所使用的FinFET技術(shù)更為節(jié)能。

不過在3nm領(lǐng)域，三星暫時(shí)未獲得大客戶大量訂單，反倒是4nm領(lǐng)域有所收獲。

據(jù)悉，三星在4納米制程技術(shù)領(lǐng)域逐步解決了良率與其他一系列的問題，使得第三代4納米制程技術(shù)提升了性能、降低了功耗、以及提高了密度，而且良率提升至接近臺(tái)積電的水平，市場(chǎng)透露已得到了AMD與特斯拉等廠商的認(rèn)可，獲得了新的訂單。

目前臺(tái)積電3納米制程技術(shù)產(chǎn)能已開始拉升，預(yù)計(jì)2024年末每月產(chǎn)能將達(dá)到10萬片規(guī)模，營(yíng)收占比也會(huì)從現(xiàn)在的5%上升至10%。三星則是計(jì)劃2024年帶來名為SF3（3GAP）的第二代3納米制程技術(shù)，在原有的SF3E基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的優(yōu)化，而三星自家本身的Exynos 2500可能是首款采用新制程技術(shù)的高性能芯片。


三星3nm為何會(huì)敗給臺(tái)積電

業(yè)內(nèi)紛紛猜測(cè)，三星3nm芯片之所以鬧哄哄，主要還是技術(shù)不成熟的原因。

理論上，GAAFET技術(shù)確實(shí)比FinFET更先進(jìn)，尤其在降低功耗方面占優(yōu)。但三星可能對(duì)這項(xiàng)全新技術(shù)的掌控還不夠熟練，存在產(chǎn)能或良品率問題，導(dǎo)致yield率較低，自己都不敢用。

三星想要在3nm上先人一步，可能過于著急上市，結(jié)果技術(shù)不夠成熟，鬧了個(gè)大烏龍。它自己都不敢用3nm，客戶自然更不敢冒險(xiǎn)，只能一笑置之。

這次失敗給三星敲響了警鐘，作為技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，還必須以穩(wěn)扎穩(wěn)打的精神推進(jìn)新技術(shù)，不能盲目急功近利。盡管3nm失敗得很慘，但三星還是滿懷信心，宣布它會(huì)在2026年實(shí)現(xiàn)2nm芯片的量產(chǎn)，并在5年內(nèi)反超各大芯片巨頭。

業(yè)內(nèi)對(duì)此還是保持謹(jǐn)慎態(tài)度。三星想要重回巔峰，就必須認(rèn)真反思3nm的失敗原因，扎扎實(shí)實(shí)提升工藝技術(shù)的成熟度，而不是空談口號(hào)。

關(guān)鍵是要贏得客戶的信任，讓客戶相信三星的新工藝確實(shí)成熟可靠，而不只是空中樓閣。

只有讓產(chǎn)品說話，三星才能重新建立領(lǐng)先地位。

良率和成本，3nm 的一朵“烏云”

10 月 9 日，《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》引述業(yè)內(nèi)行業(yè)分析稱，三星、臺(tái)積電的 3nm 工藝良率目前都在 50%左右。一位接近三星的人士還透露，要贏得高通等大客戶明年的 3nm 移動(dòng)芯片訂單，良率至少需要提高到 70%。

在半導(dǎo)體制造上，良率直接意味著一整片加工出來的晶圓上能正常工作的芯片的占比。通常來說，一片晶圓上可以同時(shí)制造出上百顆同樣的裸芯片，之后將晶圓片上的裸芯片切割開來，就可以封裝后安裝到產(chǎn)品上。

在成熟工藝上，代工廠的良率一般都能達(dá)到 99%，但在先進(jìn)制程上，由于工藝難度和前期的大量問題，良率就可能非常低。但按照慣例，代工廠并不負(fù)責(zé)承擔(dān)不良芯片的制造成本，這部分費(fèi)用還是由芯片設(shè)計(jì)客戶承擔(dān)，比如蘋果、英偉達(dá)。

當(dāng)然，「50%的良率」未必可信，此前就有大量各種來源的信息給出了各不相同的良率，包括 A17 Pro 從產(chǎn)業(yè)鏈傳出的良率就為 70-80%。但這些消息無一例外，都透露出一個(gè)關(guān)鍵信息，即 3nm 的良率很低。

良率越低，成本越高。

這也是為什么除了蘋果，其他所有主要芯片設(shè)計(jì)公司都沒有選擇在 2023 年這個(gè)節(jié)點(diǎn)采用 3nm 工藝，更多還是瞄準(zhǔn) N3B 之后的工藝。按照臺(tái)積電早前的規(guī)劃，臺(tái)積電 3nm 工藝其實(shí)是包括 N3B（即 N3）、N3E、N3P、N3X 等多個(gè)版本。

甚至在業(yè)界傳聞中，就連蘋果也是與臺(tái)積電簽訂了一份「對(duì)賭」協(xié)議，規(guī)定未來一年臺(tái)積電 N3B 工藝為蘋果專用，且廢片均由臺(tái)積電承擔(dān)成本，而非蘋果買單。

而如果說良率很大程度上決定了 3nm 的成本居高不下，進(jìn)而提高了芯片設(shè)計(jì)公司導(dǎo)入的門檻，那 3nm 的功耗和發(fā)熱問題，也是阻止他們較早導(dǎo)入的關(guān)鍵原因。


發(fā)熱和功耗，3nm 的另一朵“烏云”

iPhone 15 Pro 系列的發(fā)熱問題這里就不再贅述了，我們之前就在文章中分析，iPhone 15 Pro 系列發(fā)熱的「罪魁禍?zhǔn)住咕褪窃O(shè)計(jì)和芯片兩大部分，后者自然就是采用 3nm 工藝的 A17 Pro。

坦率地說，iPhone 15 Pro 的發(fā)熱到底有多大程度是因?yàn)?A17 Pro，A17 Pro 的問題有多大程度是因?yàn)榕_(tái)積電 N3 工藝，目前來講都還沒有比較切實(shí)的論斷。

但問題一定是有的。按照蘋果給出的數(shù)據(jù)，A17 Pro 的晶體管數(shù)量為 190 億，比前代 A16 增加了近 20%，CPU 性能卻只提升了約 10%，GPU 核心數(shù)從 5 個(gè)增加到 6 個(gè)的同時(shí)，峰值性能提升了 20%。不過按照 GeekBench 數(shù)據(jù)來看，峰值性能大幅提高的另一面，是 A17 Pro TDP 峰值功率達(dá)到了驚人的 14W。

這不只是蘋果和臺(tái)積電面對(duì)的問題。

隨著晶體管尺寸不斷逼近物理極限，量子隧穿效應(yīng)帶來的問題也越發(fā)嚴(yán)重，失控的電子引發(fā)的漏電，會(huì)導(dǎo)致芯片更嚴(yán)重的發(fā)熱和功耗問題。所以從 7nm 以后，整個(gè)業(yè)界的「制程焦慮」越發(fā)明顯，對(duì)摩爾定律新出路的探索越發(fā)加快。

當(dāng)然回到 3nm 上，臺(tái)積電和三星也不是毫無準(zhǔn)備的。

2nm之爭(zhēng)已然開始

臺(tái)積電方面，目標(biāo)是在2025年實(shí)現(xiàn)N2（2nm）工藝的量產(chǎn)。今年6月媒體報(bào)道，臺(tái)積電已全力投入，開始為2nm芯片的試產(chǎn)做前期準(zhǔn)備。7月，臺(tái)積電供應(yīng)鏈透露，臺(tái)積電已通知設(shè)備供應(yīng)商從次年第三季度開始交付2nm相關(guān)機(jī)器。9月，有媒體報(bào)道臺(tái)積電已成立專門的2nm工作組，目標(biāo)是2024年試產(chǎn)，并在2025年開始量產(chǎn)。

三星方面，今年6月，宣布了其最新的代工技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)戰(zhàn)略。公布了2nm工藝量產(chǎn)的詳細(xì)計(jì)劃和性能水平。計(jì)劃到2025年將2nm工藝應(yīng)用于移動(dòng)領(lǐng)域，并分別于2026年和2027年擴(kuò)展到HPC及汽車電子領(lǐng)域。

根據(jù)Rapidus計(jì)劃，2nm芯片將于2025年開始試產(chǎn)，2027年量產(chǎn)。今年7月，Rapidus總裁Atsuyoshi Koike表示，2025年試產(chǎn)線，并在2027年開始量產(chǎn)。但進(jìn)展已步入正軌。他指出，一旦該公司的2nm工藝產(chǎn)品投入量產(chǎn)，其單價(jià)將是目前日本生產(chǎn)的邏輯半導(dǎo)體的十倍。

除此之外，英特爾方面也在加速進(jìn)程，今年3月，英特爾高級(jí)副總裁兼中國區(qū)董事長(zhǎng)王銳在接受媒體采訪時(shí)表示，Intel 20A（業(yè)界的2nm制程）和Intel 18A（相當(dāng)于1.8nm制程）工藝制程已測(cè)試流片，并堅(jiān)信到2025年能夠重新回領(lǐng)先地位。

根據(jù)這四大廠商時(shí)間線來看，2nm芯片預(yù)計(jì)將在2025年左右亮相。屆時(shí)，先進(jìn)2nm工藝的競(jìng)爭(zhēng)預(yù)計(jì)將更加激烈。