掏空腰包的2納米

據(jù)Tom's Hardware報(bào)道，隨著2014年FinFET晶體管的推出，芯片開(kāi)發(fā)成本開(kāi)始飆升。此外隨著7nm和5nm級(jí)工藝技術(shù)的發(fā)展，芯片開(kāi)發(fā)成本變得尤其高。國(guó)際商業(yè)戰(zhàn)略（IBS）最近發(fā)布了有關(guān)2nm級(jí)芯片設(shè)計(jì)的成本預(yù)估，2nm芯片的開(kāi)發(fā)成本將達(dá)到7.25億美元。

其中，軟件開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證占芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本的最大份額——軟件約為3.14億美元，驗(yàn)證約為1.54億美元。

報(bào)道指出，雖然很難否認(rèn)芯片設(shè)計(jì)成本不斷增加，但I(xiàn)BS的預(yù)估存在一個(gè)重大問(wèn)題：它們反映了一家沒(méi)有任何IP并且必須從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)所有東西的公司相關(guān)芯片的設(shè)計(jì)成本。

從不同類型公司來(lái)看，報(bào)道稱，初創(chuàng)公司傾向于盡可能地獲得許可，因此必須設(shè)計(jì)和驗(yàn)證其差異化IP，然后驗(yàn)證整個(gè)設(shè)計(jì)。他們不會(huì)因?yàn)闆](méi)有這樣的資源，就不在芯片（甚至平臺(tái)）上花費(fèi)這些金額。

而擁有極其復(fù)雜芯片資源的大公司已經(jīng)擁有大量可用的IP和代碼行，因此他們不必在單個(gè)芯片上花費(fèi)7.25億美元。然而，這些大公司往往花費(fèi)數(shù)億甚至數(shù)十億美元來(lái)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。例如，當(dāng)英偉達(dá)開(kāi)發(fā)其用于游戲的Ada Lovelace和用于計(jì)算的GPU Hopper時(shí)，它在微架構(gòu)上花費(fèi)了大量資金，然后在芯片的物理層面實(shí)現(xiàn)。

預(yù)估需要注意的另外一點(diǎn)是，他們假設(shè)傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)方法不使用支持人工智能的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具和其他軟件。然而，這些預(yù)估強(qiáng)調(diào)了Ansys、Cadence和Synopsys的人工智能工具的重要性，并意味著在不久的將來(lái)，如果不使用人工智能軟件，幾乎不可能構(gòu)建領(lǐng)先的芯片。

芯片開(kāi)發(fā)成本開(kāi)始飆升同時(shí)帶來(lái)便是價(jià)格的上升。根據(jù)The Information Network 在SeekingAlpha上發(fā)布的估計(jì)，與目前采用 N3（3 納米級(jí)）制造技術(shù)處理的300毫米晶圓的報(bào)價(jià)相比，臺(tái)積電準(zhǔn)備在2025年將其N2（2 納米級(jí)）生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上處理的每300毫米晶圓的報(bào)價(jià)提高近25%。

2024~2025年，四大廠商決戰(zhàn)2納米

目前在2nm芯片上競(jìng)爭(zhēng)的廠商主要是臺(tái)積電、三星、英特爾、Rapidus四家，從量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)看，決戰(zhàn)2納米就在2024~2025年。

臺(tái)積電方面，近日其組建了2nm任務(wù)團(tuán)沖刺2nm試產(chǎn)及量產(chǎn)，預(yù)計(jì)可在明年實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，并與2025年量產(chǎn)。此前臺(tái)積電中科2nm廠延期，臺(tái)積電直接將高雄廠切入2nm，組建團(tuán)隊(duì)沖刺量產(chǎn)也是看到了目前2nm在人工智能風(fēng)口下的商機(jī)。

蘋(píng)果及英偉達(dá)等芯片大廠都對(duì)臺(tái)積電2nm制程保持關(guān)注，此前黃仁勛曾表態(tài)，未來(lái)新一代服務(wù)器芯片將會(huì)全面采用臺(tái)積電2nm制程。而其他競(jìng)爭(zhēng)廠商也都于今年在2nm項(xiàng)目上摩拳擦掌。臺(tái)積電自然不會(huì)輕易讓出在2nm的話語(yǔ)權(quán)，目前臺(tái)積電2nm節(jié)點(diǎn)改用GAA納米片晶體管架構(gòu)，在N2的良率和性能上都取得了“扎實(shí)的進(jìn)展”，并預(yù)計(jì)2025年投入生產(chǎn)時(shí)，在相同功率下速度將比N3E提高15%，或者在相同速度下功耗最多可降低30%。如果進(jìn)展順利，蘋(píng)果和英偉達(dá)將成為臺(tái)積電2nm的首批客戶。

三星同樣不甘示弱，在今年的第7屆三星晶圓代工論壇上，三星官宣將于2025年實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在移動(dòng)領(lǐng)域2nm工藝的量產(chǎn)，于2026和2027分別擴(kuò)展到HPC及汽車電子。

這不是三星首次對(duì)外公布2nm計(jì)劃，此前三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總裁Kyung Kye-hyun也曾公開(kāi)表示以下觀點(diǎn)，“三星將在2nm工藝中趕超臺(tái)積電成為客戶的首選”，“三星將2nm工藝視為超越臺(tái)積電重返領(lǐng)先先進(jìn)制程地位的關(guān)鍵”。

三星有如此底氣的原因在于其在GAA技術(shù)有著扎實(shí)的積累。此前三星先進(jìn)制程已經(jīng)受制于良率較低，今年年中以后，業(yè)界傳來(lái)消息，三星4nm良率水平追平臺(tái)積電，3nm良率提至60%以上。并且以后還將更高。由此看三星實(shí)力不可小覷。根據(jù)三星的評(píng)估，2nm工藝比目前的3nm工藝，面積將減少5%、性能提高12%、功效提高25%。

英特爾方面，其中國(guó)區(qū)總裁兼董事長(zhǎng)王銳在今年三月的一次活動(dòng)中表示，公司已完成Intel 18A（1.8nm）和Intel 20A（2nm） 制造工藝的開(kāi)發(fā)。其中，Intel 20A計(jì)劃于2024年上半年投入使用，進(jìn)展良好的Intel 18A制造技術(shù)也將提前到2024年下半年進(jìn)入大批量制造（HVM）。

在先進(jìn)制程領(lǐng)域聲勢(shì)浩大的Rapidus公司則在今年9月再發(fā)出好消息，9月1日，Rapidus在北海道千歲市工業(yè)園區(qū)——千歲美美世界舉行了2nm芯片研發(fā)/生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)千歲工廠「IIM-1（第1棟廠房）」的動(dòng)工儀式。

Rapidus指出，IIM-1將成為日本國(guó)內(nèi)首座2nm以下最先進(jìn)邏輯芯片的生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)，其9月開(kāi)始進(jìn)行興建工程，試產(chǎn)產(chǎn)線計(jì)劃在2025年4月啟用、2027年開(kāi)始進(jìn)行量產(chǎn)。Rapidus表示，已派遣該公司研究人員至全球最先進(jìn)的半導(dǎo)體研究中心之一、位于紐約州阿爾巴尼（Albany）的“Albany NanoTech Complex”，藉由和IBM合作、推動(dòng)2nm邏輯芯片生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，且也計(jì)劃在比利時(shí)半導(dǎo)體研發(fā)機(jī)構(gòu)imec學(xué)習(xí)生產(chǎn)最先進(jìn)芯片所不可或缺的EUV微影設(shè)備技術(shù)?？蛻舴矫妫琑apidus社長(zhǎng)小池淳義表示‘正和對(duì)2nm有興趣的客戶進(jìn)行協(xié)商’。