半导体行业3纳米竞赛从苹果iPhone 15芯片开始

2022年6月30日,三星电子成为全球第一家通过3纳米代工工艺开始量产芯片的公司。

3纳米时代预计将在未来十年给半导体市场带来巨大变化。随着 3 纳米芯片为包括智能手机在内的主要信息设备提供动力,3 纳米时代将盛开。因此,台湾台积电和三星电子等主要代工服务提供商、无晶圆厂公司和信息技术(IT)厂商之间已经开始为3纳米制霸而展开合作和伙伴关系。

半导体行业3纳米竞赛从苹果iPhone 15芯片开始

当地时间8月8日,彭博社报道称,苹果已经开始测试一款功能强大的新型芯片M3 Max。M3 Max 将搭载于 10 月份推出的新款 MacBook Pro 机型中,它是一种半导体,就像 IT 设备的大脑一样。

自 2020 年推出自己的苹果芯片以来,苹果一直在其所有智能手机和电脑中使用自己的芯片。虽然苹果公司设计了该芯片,但所有生产都是通过台积电的 N3(3 纳米)工艺完成的。电路的线宽以纳米为单位。生产工艺越精细,生产效率就越高,可以生产出性能越强的半导体。当芯片制造商开始采用 3 纳米工艺时,半导体的性能和效率将大幅提升。三星表示,与 5 纳米芯片相比,其 3 纳米芯片的性能提高了 23%,功耗降低了 45%。

将于9月开封的iPhone 15系列将采用台积电3纳米工艺制造的A17仿生芯片。这将标志着3纳米工艺制造的半导体首次应用于消费产品。一般来说,移动应用处理器(AP)首先是通过最先进的工艺制造的。

“至少到2030年,3纳米工艺将成为代工企业的主流工艺。”一位半导体业内人士表示。“如果芯片制造商在这场竞赛中失败,未来就很难东山再起。” 芯片制造商必须在达到 2 纳米工艺之前,在 3 纳米工艺游戏中取得决定性的胜利,因为 2 纳米技术被认为是微制造工艺的物理极限。

这些 3 纳米芯片预计将于今年下半年开始通过量产线推出。他们将从移动AP开始,然后是高性能计算(HPC)芯片、人工智能(AI)芯片和汽车半导体。他们的市场规模预计将呈爆炸式增长。3纳米代工市场2022年估值为12亿美元,预计到2026年将增长20倍以上,达到242亿美元。

台积电和三星之间的竞争也愈演愈烈。苹果几乎垄断了台积电新产品的3-㎚工艺。三星的代工厂正在竭尽全力吸引英伟达和高通等主要无晶圆厂公司。这家韩国科技巨头在 2022 年成为全球第一家量产 3 纳米芯片的公司,但其主要重点仍然是 4 纳米芯片。英特尔表示将于 2024 年开始使用 3 纳米工艺制造芯片。

三星通过引入环栅(GAA)方法,在所有 3 纳米工艺中领先台积电一步。另一方面,台积电仍在使用 3 纳米的鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺。其策略是从2025年开始将GAA工艺应用于2纳米芯片。

特别是对于三星来说,3纳米工艺是其代工部门追赶台积电的机会。其系统 LSI 部门正在寻求通过 3 纳米工艺来挽回颓势。据报道,三星正在研发 Exynos 2500,这是三星首款采用 3 纳米工艺的移动 AP,目标是在 2024 年底开始量产。如果三星自家设计的 3 纳米 Exynos 表现良好,各大无晶圆厂厂商将他们的目光可能会重新转向三星。

台积电将从明年开始推出升级版的3纳米工艺来留住客户。据报道,与通过现有工艺制造的芯片相比,它将专注于以相对较低的价格提供更高的性能。

产量竞争也确实很重要。台积电表示,2022 年 3 纳米良率将在 80% 范围内。业内人士估计台积电3纳米良率在60%到80%之间。三星电子最近也实现了 60% 的良率,据说其工艺正在趋于稳定。

汉阳大学融合与电子工程系教授 Park Jae-keun 表示:“与成品率一样重要的是实际生产的 3 ㎚ 芯片的性能。” “三星有更多的问题需要解决,因为它先于另一个流程应用了GAA流程,但从长远来看,它必须有毅力。”

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