最近，臺積電終于公開承認了自己的3nm計劃。最終，半導體制造業這場決定未來制程走向的關鍵一役——3nm技術之戰還是來了。

    3nm成為競爭關鍵點

    三星的5nm工藝將作為其7nm LPP的改良面向市場推出，而3nm工藝才被三星視為是能夠超越臺積電的關鍵節點，在該節點中，三星將采用GAA MCFET（多橋通道FET）工藝。為什么三星會將賭注押在3nm節點上？

    從三星和臺積電在過去三年的競爭中看，當年三星將其代工業務獨立出來之時，也正值先進工藝即將進入10nm工藝階段。彼時，兩者均推出了10nm工藝的產品。但當年三星10nm大客戶僅有高通，不敵臺積電。

    此后三星又在10nm上推出三種不同的改進工藝，以試圖搶奪更多的訂單。而臺積電則在推出10nm以后，轉向了更具優勢的7nm工藝。7nm對于半導體制造工藝來說是非常重要的里程碑。2018年臺積電宣布其7nm開始量產，三星則是選擇在7nm上使用EUV。同年，三星7nm EUV也宣布了量產計劃，但因其7nm EUV工藝技術不夠成熟，因而未能得到市場的認可。在此期間，華為海思、高通、英特爾和聯發科等企業紛紛投入到臺積電的懷抱。三星錯失了搶奪7nm訂單的最佳時期。

    但根據市場情況來看，7nm在如今的市場中仍然保持著活力，三星7nm EUV技術也在去年得到了改善。于是，三星憑借低價搶奪了原在臺積電手中的英偉達的訂單。此外，三星還從臺積電手中搶走了IBM Power系列處理器的訂單。但這并不足以支撐三星在7nm上超越臺積電。所以，三星只能放眼下一代先進制程。

    雙雄劍指3nm

    三星已成功研發出首個基于GAAFET的3nm制程，預計2022年開啟量產。與7nm工藝相比，3nm工藝可將核心面積減少45％，功耗降低50％，性能提升35％。

    按照三星的研發路線圖，在6nm LPP之后，還有5nm LPE、4nm LPE兩個節點，隨后進入3nm節點，分為GAE（GAA Early）以及GAP（GAA Plus）兩代。去年5月，三星的3nm GAE設計套件0．1版本已經就緒，以幫助客戶盡早啟動3nm設計。三星預計該技術將在下一代手機、網絡、自動駕駛、人工智能及物聯網等設備中使用。

    以2022年量產為目標的臺積電，也在按計劃推進3nm研發。臺積電相關人士表示，臺積電在3nm節點技術開發進展順利，已經與早期客戶進行接觸。臺積電投資6000億新臺幣（約合1380億元）的3nm寶山廠也于去年通過了用地申請，預計2020年動工，2022年量產。

    臺積電在7nm節點取得了絕對優勢，在5nm也進展順利，獲得了蘋果A14等訂單。但三星并沒有放松追趕的腳步，計劃到2030年前在半導體業務投資1160億美元（約合8000億元），以增強在非內存芯片市場的實力。臺積電創始人張忠謀日前對媒體表示，臺積電與三星的戰爭還沒有結束，臺積電只是贏得了一兩場戰役，可整個戰爭還沒有贏，目前臺積電暫時占優。

    世界上最燒錢長跑：芯片制程進階之路

    什么是芯片制程？制程用來描述芯片晶體管柵極寬度的大小，納米數字越小，說明晶體管密度越大，芯片性能就越高。

    例如，臺積電7nm芯片的典型代表蘋果A13、高通驍龍865和華為麒麟990，每平方毫米約有1億個晶體管。隨后臺積電5nm、3nm芯片進一步將每平方毫米的晶體管數量進一步提升至1．713億個、2．5億個。

    伴隨著制程的進化，5nm比7nm芯片性能提升15％，功耗降低30％；3nm又比5nm芯片性能提升10－15％，功耗降低25－30％。

    由于各家對制程工藝的命名法則不同，相同納米制程下，并不能對各廠商的制程技術進展做直觀比較。比如英特爾10nm的晶體管密度與臺積電7nm、三星7nm的晶體管密度相當。

    從制程最新進展來看，一邊是臺積電三星在5nm／3nm等先進制程上你追我趕，另一邊英特爾則韜光養晦循序漸進地走向7nm。

    5nm方面，臺積電已經拿到蘋果和華為的旗艦手機芯片訂單，下半年開啟量產，有望在其2020年營收占比達10％。

    三星在5nm制程則相對落后，目前正加速韓國華城5nm生產工廠V1的建設，預計6月底前完成生產線建設，今年年底前實現量產。

    據外媒報道，三星與谷歌正合作開發采用三星5nm LPE工藝的定制Exynos芯片組，將搭載于谷歌的Pixel智能手機、Chrome OS設備甚至數據中心服務器中。

    3nm方面，臺積電3nm制程預計2021年開始試生產，并于2022年下半年開始量產。三星原計劃2021年大規模量產3nm工藝，但受當前疫情影響，不確定量產時間是否會推遲。

    為什么挺進先進制程的玩家屈指可數呢？主要源于兩大門檻：資本和技術。

    制程工藝的研發和生產成本逐代上漲。根據相關數據，3nm芯片的設計費用約達5－15億美元，興建一條3nm產線的成本約為150－200億美元。

    兩年前臺積電為3nm工藝計劃投資6000億新臺幣，折合近200億美元。單是從資金數目來看，很多中小型晶圓廠就玩不起。

    更高的研發和生產成本，對應的是更難的技術挑戰。

    每當制程工藝逼近物理極限，晶體管結構、光刻、沉積、刻蝕、檢測、封裝等技術的創新與協同配合，對芯片性能天花板的突破起到決定性作用。