代工雙雄如何走向3nm？

　　11月19日，聯(lián)發(fā)科正式發(fā)布了其近些年來最高端的手機SoC芯片天璣9000，采用了臺積電4nm制程工藝，這也是全球首款4nm芯片，有望在2022年第一季度量產(chǎn)。

　　5nm芯片在2020年就已實現(xiàn)量產(chǎn)，華為麒麟9000、高通驍龍888，以及蘋果的A14、A15等芯片，都采用了5nm工藝制造。在此基礎(chǔ)上，臺積電和三星正向3nm芯片進發(fā)。在3nm量產(chǎn)之前，4nm制程填補了5nm與3nm之間的空擋。

　　兩強之間的游戲

　　4nm制程依然是臺積電和三星之間的競逐游戲。

　　2020年7月，臺積電宣布，將推出4nm制程，該工藝與其5nm屬于同一平臺，但4nm工藝的速度、功耗和密度都有了改善。而其最大的優(yōu)勢在于與5nm兼容的設(shè)計規(guī)則、SPICE和IP。使用5nm工藝設(shè)計的產(chǎn)品能夠輕易地轉(zhuǎn)移到4nm平臺上來。這也能保證臺積電客戶在每一代的投資，都能獲得更好的效益。計劃在2022年大規(guī)模量產(chǎn)4nm芯片，由于臺積電的3nm制程將會在2022年下半年大規(guī)模量產(chǎn)，4nm制程作為5nm制程的延伸，可能會在上半年量產(chǎn)。

　　臺積電CEO、副董事長魏哲家表示，臺積電的4nm工藝是作為5nm工藝的一種延申，臺積電推出4nm的目的就是在3nm未大規(guī)模量產(chǎn)時形成一種補充，為客戶提供更好的產(chǎn)品。

　　魏哲家表示，臺積電的4nm工藝將兼容5nm工藝的設(shè)計規(guī)則，較5nm有著更好的性價比優(yōu)勢，本質(zhì)上，臺積電的4nm是5nm的一種改良型，并不涉及新的制造設(shè)備和工藝。它瞄準的是下一代的5nm產(chǎn)品。

　　今年10月，在原有4nm的基礎(chǔ)上，臺積電又宣布了一個新的制程工藝節(jié)點N4P，確切地說是N5、N5P、N4之后的第四個版本、第三個升級版，注重高性能。

　　臺積電稱，N4P工藝相比最初的N5工藝可提升11%的性能，或者提升22%的能效、6%的晶體管密度，而對比N4可將性能提升6.6%。此外，N4P工藝會重復(fù)使用多層屏蔽，因此可大大降低工藝復(fù)雜度，加快晶圓生產(chǎn)速度。

　　臺積電稱，N4P工藝是為客戶5nm工藝平臺產(chǎn)品升級準備的，不但可以最大化挖掘投資價值，還可以更快、更高效地升級N5工藝產(chǎn)品。第一款基于N4P工藝的產(chǎn)品預(yù)計2022年下半年流片。

　　三星方面，發(fā)布了4LPP制程，是4nm的低功耗版本，將在 2022 年實現(xiàn)量產(chǎn)。4LPP依賴于FinFET，這也是三星的最后一個采用FinFET工藝的先進制程技術(shù)，從3nm開始，該公司將采用GAA工藝。

　　此前，三星將其4LPE視為其7LPP工藝的演進版本。或許這是因為4nm可提供比5nm更好的PPAc(功率、性能、面積、成本)優(yōu)勢。三星還特別提到了5LPE和5LPP的密度和性能改進，但只提到了4LPP的功率和性能改進。如果其中一個節(jié)點不滿足某些期望，重疊技術(shù)將有助于降低風(fēng)險。

　　三星計劃在2021年同時使用其4LPE和5LPP技術(shù)提高產(chǎn)量，這可能使其能夠為不同的芯片設(shè)計提供不同的 PPAc 優(yōu)勢。

　　4nm芯片逐一顯露

　　目前來看，已經(jīng)或即將發(fā)布4nm制程芯片的廠商，除了第一個官宣的聯(lián)發(fā)科之外，高通也將發(fā)布4nm新品，此外，傳說蘋果在2022年也很有可能推出4nm旗艦芯片。

　　12月初，也就是下周，高通將發(fā)布最新的旗艦芯片驍龍8 Gen1，據(jù)說將采用4nm制程。據(jù)此前消息，驍龍8 gen 1基于三星4nm工藝打造，采用三叢集架構(gòu)設(shè)計，CPU方面分別為1*3.0GHz X2超大核+3*2.5GHz大核+4*1.79GHz小核，GPU為Adreno 730。還有消息稱，高通的驍龍8 Gen1將先后在三星和臺積電生產(chǎn)，采用的都是這兩家4nm工藝。

　　11月初，有消息稱，蘋果2022年的A16 Bionic 處理器可能改用4nm制程。

　　有人分析認為，相較3nm，以5nm制程為基礎(chǔ)改良的4nm制程技術(shù)相對穩(wěn)定，同時也因為制程技術(shù)相對成熟，使得生產(chǎn)成本相對低廉，因此若以此制程生產(chǎn)蘋果下一款處理器，較為保險。

　　針對報導(dǎo)指稱因為臺積電的3nm制程發(fā)展進度無法趕上蘋果明年預(yù)計推出的A16 Bionic處理器量產(chǎn)時程，因此可能轉(zhuǎn)以4nm制程技術(shù)生產(chǎn)的說法，臺積電強調(diào)3nm制程技術(shù)進展將維持既有進度，不對市場傳聞作任何評論。

　　不過，依照過往蘋果作法來看，若臺積電的3nm制程技術(shù)在符合要求的情況下，依然會最快時間采用，并且用于旗下新款處理器產(chǎn)品，預(yù)期會率先應(yīng)用在新款iPad上，同時也會用于新款iPhone產(chǎn)品。

　　蘋果公司的A14芯片率先采用了臺積電的5nm制程工藝，而A15芯片組則繼續(xù)使用臺積電5nm工藝的增強版N5P。

　　在某種程度上，臺積電的4nm制程工藝也是對擴展摩爾定律成本越來越高的回應(yīng)，4nm也將看到EUV層數(shù)的減少。在 6 月份的 2021 年在線技術(shù)研討會上，臺積電透露其 4nm 工藝將在 2021 年第三季度進入風(fēng)險生產(chǎn)，比預(yù)期更早。

　　早在 2020 年，包括 TrendForce 在內(nèi)的各種消息來源就已經(jīng)預(yù)測，蘋果2022年的 A16 芯片可能會選擇臺積電的 4nm 工藝。至于3nm技術(shù)，英特爾和Graphcore已被確認為其采用者，最近中國智能手機制造商OPPO也被報道為3nm的潛在客戶。

　　另外，今年早些時候，有臺灣地區(qū)媒體報道，蘋果公司已經(jīng)向臺積電預(yù)訂了4nm制程的初期產(chǎn)能，用來生產(chǎn)供下一代Mac使用的芯片。

　　3nm才是主戰(zhàn)場

　　以上談的是4nm，臺積電和三星在該制程節(jié)點都有布局，但總體來看，4nm屬于過渡性制程工藝，3nm才是5nm后的主要節(jié)點，目前，這兩家廠商將大量的精力和財力都投入到了3nm產(chǎn)線的建設(shè)上。

　　臺積電方面，該公司董事長劉德音曾經(jīng)表示，在3nm制程上，于南科廠的累計投資將超過 2萬億元新臺幣，目標是3nm量產(chǎn)時，12英寸晶圓月產(chǎn)能超過60萬片。60萬片的月產(chǎn)能，這是一個非常驚人的數(shù)字，不過，在量產(chǎn)初期是達不到的，需要一個過程。據(jù)Digitimes報道，臺積電3nm芯片在2022年下半年開始量產(chǎn)，單月產(chǎn)能5.5萬片起，2023年，將達到10.5萬片。

　　臺積電在臺南科學(xué)園區(qū)有3座晶圓廠，分別是晶圓十四廠、晶圓十八廠和晶圓六廠，其中前兩座是12英寸晶圓廠，后一座是8英寸晶圓廠。晶圓十八廠是5nm制程工藝的主要生產(chǎn)基地。而除了5nm工藝，臺積電3nm制程工藝的工廠，也建在臺南科學(xué)園區(qū)內(nèi)，他們在2016年就公布了建廠計劃，工廠靠近5nm制程工藝的主要生產(chǎn)基地晶圓十八廠。

　　2020年11月，臺積電舉行了南科晶圓十八廠3nm廠新建工程上梁典禮，預(yù)計今年裝機，并于年底試產(chǎn)。

　　三星方面，2020年初，有外媒報道稱，三星已開始其新建的V1晶圓工廠的大規(guī)模生產(chǎn)，成為業(yè)內(nèi)首批完全使用6LPP和7LPP制造工藝的純極紫外光刻(EUV)生產(chǎn)線。而該工廠還被認為是三星3nm制程的主陣地。

　　據(jù)悉，三星V1晶圓廠位于韓國華城、毗鄰 S3。三星于2018年2月開始建造V1，并于2019 下半年開始晶片的測試生產(chǎn)。目前，該公司還在擴大V1晶圓廠的產(chǎn)能規(guī)模，也在緊鑼密鼓地為3nm量產(chǎn)做著準備。