(電子發燒友網報道 文/章鷹)7月16日,隨著英偉達H20芯片可以恢復在中國銷售,英偉達在16日的美國股市高開,股價升到170.7美元,市值一路上升到4.16萬億美元,再創歷史新高。同時,這個消息也帶動主要晶圓代工伙伴臺積電在今天股市高開,股價沖到237.71美元。明天臺積電將召開法說會,展望全球半導體產業走向,2nm先進制程的進展也是頗受關注。
圖:臺積電 電子發燒友拍攝
2nm先進制程到底有哪些先進技術?客戶情況如何?三大晶圓代工龍頭企業的最新進展和良率怎樣了?本文進行詳細分析。
2nm是一個新時代的開始,臺積電占據頭把交椅
最早在IEDM2024年大會上,臺積電首次披露了N2 2nm工藝關鍵技術和性能指標:對比3nm,晶體管密度增加15%,同等功耗下性能提升15%,同等性能下功耗降低24%-35%。
2nm與此前的5nm、3nm不同的是,底層產生了很大的變化。從2nm開始,臺積電、三星、英特爾都全面轉向了GAAFET晶體管,這意味著FinFET成功完成了使命,無法再繼續推進制程微縮,止步于3nm。GAAFET,直接把FinFET 上的鰭片給嵌入到柵極中,形成納米片,實現了四面包圍,進一步增強了柵極的控制能力,以此來應對短溝道效應和漏電流等一系列微觀物理瓶頸。GAAFET配合ASML的EUV光刻機,摩爾定律就還可以推進。
臺積電官網披露消息顯示,臺積電2nm采用第一代Nanosheet納米片技術的環繞閘極晶體管(GAAFET)架構;相較N3E,在相同功耗下,速度增加10~15%;而在相同速度下,功耗降低25~30%,新品邏輯密度則相對增加15%以上。
臺積電CEO魏哲家表示,2nm需求更加優于3nm。供應鏈說法,2nm設計難度高,因此在尚未量產的時候,多家客戶已經接洽,包括蘋果、AMD、英特爾等客戶。
在全球2nm工藝中,臺積電也是唯一良率和技術都達到業界肯定的廠商。根據 KeyBanc Capital Markets 的報告,臺積電的 N2 制程目前表現出卓越的領先優勢。截至 2025 年中期,臺積電的 N2 制程良率大約達到 65%,這項數據顯著的超越了其主要競爭對手,這使得臺積電在全球晶圓代工領域持續保持領導地位。
在今年3月31日,晶圓代工龍頭臺積電在高雄楠梓科學園區舉行“2nm擴產典禮”,將見證臺積電在先進制程技術上的重大突破。臺積電共同營運長暨執行副總經理秦永沛主持這次典禮。行業消息,臺積電2nm制程將于2025年下半年量產,并首次采用2nm(Nanosheet)晶體管結構。
為了鞏固晶圓代工的優勢,臺積電正在推進N2工藝的良率,計劃在2026年N2制程的良率提升到75%的水平。達到這一里程碑目標,必須克服多重挑戰,包括多重圖案的極紫外線曝光中的拼接問題和疊對控制。
英特爾、三星在2nm制程的最新良率和制造進展
近年來,晶圓代工競爭日趨激烈。2024年8月6日,英特爾宣布,基于Intel 18A制程節點打造的首批產品——AI PC客戶端處理器Panther Lake和服務器處理器Clearwater Forest,其樣片現已出廠、上電運行并順利啟動操作系統。Panther Lake和Clearwater Forest均進展順利,預計將于2025年開始量產。英特爾還宣布,采用Intel 18A的首家外部客戶預計將于2025年上半年完成流片。
2025年3月以來,英特爾新任首席執行官陳立武第一件事就是深入了解18A節點的進展情況,4月份在英特爾代工大會上,英特爾宣布Intel 18A 制程節點已進入風險試產階段,并將于今年內實現正式量產(volume manufacturing)。英特爾代工的生態系統合作伙伴為 Intel 18A 提供了 EDA 支持,參考流程和知識產權許可,讓客戶可以基于該節點開始產品設計。
根據美國科技網站Wccftech報導,英特爾的18A節點進入開發階段后,進展迅速,英特爾Intel 18A 制程良率目前位居第二,進步幅度令人矚目。截至報告發布之際,Intel 18A 制程的良率為 55%,高于三星的2nm制程。
值得注意的是,這一數字反映了其在前一季 50% 的良率基礎上達成了顯著改善的目標,這代表英特爾在制程優化和缺陷減少方面取得了積極成效。報告預期,透過持續的制程優化和缺陷減少措施,英特爾有潛力將 Intel 18A 制程的良率推升至 65% 至 75% 的范圍內。如果這一改進能實現,將使英特爾的良率全面超越三星。
在制造領域,英特爾亞利桑那州的 ??Fab 52 工廠?已成功完成 Intel 18A 的流片,標志著該廠首批晶圓(wafer)順利試產成功,展現了英特爾在先進制程制造方面的進展。Intel ??18A 節點??的大規模量產將率先在俄勒岡州的晶圓廠實現,而在亞利桑那州的制造預計將于今年晚些時候進入量產爬坡階段。
三星電子近日正式宣布,其基于2nm工藝的旗艦處理器Exynos 2600將于2025年5月進入原型量產階段,并計劃搭載于下一代旗艦手機Galaxy S26系列,三星還規劃了SF2P、SF2X、SF2Z、SF2A等多個2nm工藝節點,分別針對高性能計算、AI、汽車電子等領域,體現其前瞻性的布局。但是目前三星2nm先進制程的良率是一個硬傷。
與臺積電、英特爾對比看,三星的2nm制程,代號SF2的制程技術還沒有實現有意義的良率提升,良率大約在40%左右,遠低于英特爾和臺積電。
韓國媒體最新消息,三星下一代2nm節點制程預期在2027年推出,為了保持在先進制程領域的競爭力,三星將需要在此之前達到實質性的良率提升,這對于三星而言是挑戰很大。因為其不僅需要解決當前的技術瓶頸,還需加速 EUV 相關的產能建設與良率優化,才有機會能迎頭趕上臺積電和英特爾的腳步。
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