全球大型科技公司正在积极采用 3nm 工艺作为主流芯片技术，而它们多数选择台积电作为其供应商，包括英伟达、AMD、英特尔、高通、联发科、苹果和谷歌等科技巨头。
而这其中一些公司之前选择的是三星电子的代工业务。
尽管三星于 2022 年 6 月成为全球首家开始使用全栅极场效应晶体管（GAAFET）工艺量产 3nm 工艺芯片的制造商，但业内人士指出，三星电子的芯片工艺在良率和能效方面落后于台积电，使其在 3nm 竞赛中处于不利地位。
据了解，与台积电相比，三星 3nm 工艺的效率仍然低 10%-20%。由于性能和良率低于预期，三星第一代 3nm 工艺仅在加密货币挖矿芯片和三星内部开发的 Exynos 2500 处理器中被采用。
图 | 台积电 3nm 制程的主要生产基地晶圆十八厂(来源：台积电)
由于 3nm 工艺面临的严峻挑战，三星已经“痛失”重要客户。谷歌前第四代 Tensor 处理器一直由三星代工，但从第五代开始将转向台积电 3nm 工艺。同样，高通也决定将其骁龙 8 Gen 4 产品交与台积电进行初始生产，而此前三星一直努力争取这款芯片的订单。
此外，据悉，英特尔已将刚推出的笔记本电脑处理器系列的 3nm 芯片订单交给台积电，并且晶圆生产已经开始。具体来说，英特尔的 Lunar Lake 处理器的两个模块将由台积电代工，其中计算模块采用台积电 N3B 工艺，而平台控制模块则使用 N6 工艺。另外，Arrow Lake 处理器的图形模块、计算模块也可能会使用台积电 3nm 工艺来制造。
不过，英特尔也可能混用自家 20A 工艺和台积电 N3 工艺，在引入 Foveros 先进封装技术后，英特尔的消费级处理器也采用了模块化设计，使用不同模块的不同组合可以创造出更多差异化的产品。需要说明的是，英特尔在制程工艺命名上进行了改变，Intel 20A 是 Intel 3 之后的节点，将采用全新晶体管架构 RibbonFET。
谷歌、高通等公司转投台积电，能效是一个重要考量。随着人工智能在服务器和移动等关键市场的扩展，芯片能效已成为半导体制造中最关键的指标之一，也是 AI 芯片时代的主要挑战。
能效不仅影响着设备的电池续航时间，且直接关系到芯片的性能和稳定性。过热问题可能导致手机和服务器的系统崩溃。
因此，尽管台积电的 3nm 工艺报价更高，与 5nm 芯片相比，价格提高了 25% 以上，客户依旧倾向于选择台积电。这也证明了在竞争激烈的芯片市场中，高能效的重要性。
另外，据了解，台积电将提高其 3nm 和 5nm 节点的价格，明年 3nm 节点价格可能上涨 5%，先进封装价格可能上涨 10%-20%。同时，晶圆代工行业正普遍有涨价趋势。
台积电新董事长魏哲家也曾透露，台积电产品拥有极高的电源效率，并且良率更佳。若以每颗芯片的成本计算，台积电是最具成本效益的选择。
今年下半年，消费市场将迎来众多 AI 产品的发布，手机芯片市场中，除了高通骁龙 8 Gen 4，联发科天玑 9400、苹果 A18 和 M4 系列，都将采用台积电的 N3 工艺。
台积电或将进一步拉大与三星电子之间的市场份额差距。根据市场研究公司 TrendForce 的数据，2024 年第一季度，三星电子的晶圆代工市场份额为 11%，低于去年第四季度的 11.3%。同期台积电的市场份额从 61.2% 上升至 61.7%。
由于 AI 热潮爆发，大型科技公司纷纷导入 3nm 制程，台积电 3nm 产能预计在 2026 年售罄。据业界消息，台积电计划两年内通过转换部分 5nm 设备支持 3nm，以缓解产能短缺，确保稳定生产和供应。
除了英伟达，台积电也是人工智能热潮的主要受益者之一。近日，台积电股价上涨，达到 9350 亿美元，正向万亿美元里程碑迈进。上周超越伯克希尔哈撒韦，成为全球市值第八大公司。
值得一提的是，三星电子为在未来保持竞争力，决定加快 2nm 工艺（SF2）的商业化进展，从最初计划的 2027 年之后，改为明年或 2026 年开始大规模生产。并计划在今年下半年量产其第二代 3nm 工艺。
三星还提到其 2nm 工艺将引入背面供电（Backside Power Delivery, BSPDN）技术来大幅改善能效问题。
（来源：三星）
随着晶体管数量的增加，传统的正面供电方式越来越难以满足高性能和高能效的需求，背面供电技术被视为一种可能的解决方案，三星甚至将其称为代工行业的“游戏规则改变者”。
据了解，背面供电技术的核心在于将供电线路分配到芯片的背面，从而减少正面线路拥挤。由于供电线路远离了晶体管，电阻可以降低，从而减少电压降，提高能效。背面供电也可以配合更好的散热设计，比如通过背面的金属层来传导热量，改善散热性能。当然，该技术也面临着一些挑战，比如制造工艺的复杂性增加、成本上升以及对现有设计流程的调整等。
而台积电也正加快其 N2 工艺（2nm）进程，预计在 2025 年左右开始量产，将首次采用纳米片（Nanosheet）晶体管技术，提供更高的性能和更低的功耗。这也代表了台积电开始从传统的 FinFET（鳍式场效应晶体管）结构向全环绕栅极（GAA,Gate-All-Around）晶体管的转变。
总体而言，目前台积电凭借其领先的工艺技术和稳定的良率，在 3nm 市场竞争中占据了优势地位。随着 AI 等技术的快速发展，对先进芯片的需求将持续增长，预期多数公司会优先将订单委托给台积电。三星则需要克服其工艺在良率和能效方面存在的问题。
参考：
https://www.chosun.com/english/industry-en/2024/06/18/SWLS2QOL2NEH3KRHYWGPSVAPU4/
https://www.digitimes.com/news/a20240617PD217/tsmc-intel-3nm-production.html
https://semiconductor.samsung.com/us/news-events/news/samsung-showcases-ai-era-vision-and-latest-foundry-technologies-at-sff-2024/
热门跟贴