最近，有关台积电2nm的消息频发。如果將時鐘撥回到一年前，誰將率先在2nm晶圓代工的競爭中突圍，還是有些許懸念的。因爲在$台積電 (TSM.US)$在7nm之後一統天下之後，晶圓代工的龍頭已經很久沒有受到如此多的「威脅」。
這邊廂，三星誓言要超過台積電成爲全球第一；另一邊廂，英特爾也高舉「四年五節點」的大旗，期望在未來幾年快速超越台積電；此外，蟄伏已久的日本半導體，也希望藉助Rapidus，重回巔峯。其中，2nm就成爲了這幾家巨頭的必爭之地和橋頭堡。
但是，從現狀看來，這場圍繞着2nm的「大戰」勝負已分，台積電有望成爲唯一的贏家。
台積電，打響頭炮
最近，有關臺積電2nm的消息頻發。
首先，在11月底，台積電高雄2納米新廠舉行設備進機典禮，寫下三大紀錄，首先是台積電在高雄首座12吋廠開始進駐機臺爲2025年量產暖身；其次是該廠比預期早逾半年進機；第三是高雄廠量產後，將與新竹寶山2納米廠南北大串聯，生產全球技術最先進的芯片。
其次，在本日前，有消息透露，台積電2nm 工藝試產成功，良率達60%。據供應鏈消息人士透露，台積電在臺灣新竹縣寶山工廠的試產結果好於預期。
第三，台積電也聲稱，公司將於 2025 年開始量產，而且需求量高於 3nm 晶圓，唯一需要解決的變量就是高成本。
台積電董事長魏哲家在早前的業績電話會議上也指出，儘管高性能計算（HPC）客戶正在轉向小芯片設計，但這一趨勢並沒有減少客戶對2nm技術的需求。相反，客戶諮詢量激增，對2nm的需求超過了3nm，預計產能還會更高。
面對高成本這個問題。早前有報道指出，台積電每片2nm晶圓的成本高達30000美金。針對這個問題。臺媒表示，這家半導體巨頭已經找到了一種降低這一數字的方法，即所謂的「Cyber Shuttle」服務。它允許現有客戶在同一片測試晶圓上評估他們的芯片，從而降低成本。而所謂的Cyber Shuttle 也就是所謂的晶圓共享，它使台積電的客戶可以節省大量設計和掩模成本，同時還可以加快測試生產速度。
雖然我們不知道台積電2nm的Cyber Shuttle能將成本降低多少。但是，似乎已經有不少廠商已經看上了台積電的2nm。相關報道指出，蘋果和AMD有望成爲台積電2nm的首批客戶。
據介紹，蘋果的2nm芯片將有望於 2024 年 12 月流片，這些芯片包括AppleA2 0 Pro 和 Apple M5。前者將於 2025 年底投入量產，而後者則要等到 2026 年第二季度。
至於AMD，相關報道認爲，AMD將把2nm用於製造公司的Zen 6系列臺式機 CPU 和 CDNA 5 M1400 AI 加速器。早先有傳言稱 Zen 6將使用3 nm 和 2 nm 的混合工藝，類似於英特爾對 Meteor Lake 所做的。如果消息屬實，AMD 可以通過在 N2 上只製造 CCD 並在更成熟的節點上製造其餘部件來降低成本。
英特爾、$英偉達 (NVDA.US)$也將轉向台積電以利用其 2nm 技術。
首先看英特爾，在成功利用台積電 N3B 實現 Lunar Lake 的 CPU 模塊後，英特爾打算繼續與台積電合作開發其尖端節點。這將延伸到其 2026 年推出的Nova Lake臺式機芯片系列。不過，我們也必須看到，英特爾仍有可能將 Nova Lake 轉向其內部 14A節點。鑑於該芯片尚未流片，現在做出預測還爲時過早。流片計劃於 2025 年中期完成，並決定英特爾下一代臺式機平台的命運。
至於英偉達，他們下給台積電的 N2 訂單主要圍繞「Rubin next」，這是公司在 2024 年臺北國際電腦展上宣佈的 Rubin 平台的繼任者。然而，這些芯片計劃要到 2026 年才會流片，2027 年才會投入量產。而且。Nvidia 的 Blackwell 繼任者 (RTX 6000) 系列很有可能堅持使用 N3 衍生產品。
此外，$博通 (AVGO.US)$、索喜和比特大陸也都有望使用台積電 N2 製造的芯片來製造 ASIC。聯發科也在名單上，其 2 納米芯片將於 2025 年中期推出，並於次年投入量產。不過，現在比特大陸因爲一些衆所周知的因素，未來的走勢還不是很明朗。
從上述可以看到，這些知名Fabless大多都會選擇台積電作爲他們的首選，這也正是我們認爲「2nm，勝負已分」的原因。
三星，深受困擾
作爲這些年最接近台積電的競爭對手，三星在晶圓代工方面也很努力。他們在早前也宣佈，日本AI芯片公司Preferred Networks（PFN）將成爲公司2nm的首個客戶。近年來在汽車芯片領域大力投入的$安霸 (AMBA.US)$也選定三星2nm爲其新產品生產代工。
不過，最近三星2nm的壞消息卻不斷。除了被傳良率不好以外，有消息人士甚至表示，三星的自研手機芯片，可能會考慮台積電工藝。這給韓國芯片巨頭帶來的利空，是顯而易見的。從三星領導層最近的變動和表態看來，2nm的良率也求在困擾着三星。
正因爲深受困擾，三星調兵遣將，任命韓進萬（Han Jin-man，音譯）爲公司總裁兼晶圓代工事業負責人。同時，三星還指派公司芯片工廠工程和營運主管南錫佑（Nam Seok-woo）出任晶圓代工事業技術長。
三星電子公司新任芯片代工業務負責人韓進萬在週一表示，他將全力以赴改進公司先進的 2 納米芯片處理技術，並爭取更多客戶，與代工競爭對手台積電抗衡。韓進萬在就任三星代工業務負責人時向員工發表講話，表示將推行「雙軌戰略」，縮小三星與台積電的技術差距，並抵禦來自中國$中芯國際 (00981.HK)$等快速跟進者的競爭。
韓進萬承認：「儘管三星是第一個過渡到全柵（GAA）工藝的公司，但在商業化方面仍然存在重大缺陷」，「迅速擴大 2nm 工藝的生產是公司的首要任務」，他強調。「我們必須承認我們落後於競爭對手，但我們將克服這一挑戰，」韓進萬進一步指出。「我們將專注於大幅提高 2 納米（nm）製造工藝的良率。我們的目標是在明年實現切實的轉變。」韓進萬總結說。
雖然三星不容，但三星代工廠還在加緊建設用於大規模生產 2nm 工藝的生產設施。該公司一直在爲其華城工廠的代工線「S3」引進各種設備，以建立一條2納米生產線，目標是在明年第一季度之前安裝一條每月產能7000片晶圓的生產線。
從明年第二季度開始，三星還計劃在其平澤2工廠的「S5」安裝一條1.4納米生產線，產能約爲每月2,000至3,000片晶圓。S3 剩餘的 3nm 生產線計劃在明年年底前完全轉爲 2nm 生產線。此舉是三星推進其技術路線圖的更廣泛戰略的一部分，該路線圖的目標是明年大規模生產 2 納米。
三星新任代工負責人也將負責爭奪$高通 (QCOM.US)$、 $美國超微公司 (AMD.US)$ 和Nvidia等大公司作爲其客戶。三星同時表態，其目標是到 2027 年轉向更先進的 1.4 納米芯片處理技術。
然而，在三星苦苦追趕台積之際，他們還面臨中國廠的競爭。業界觀察家指出，中芯國際與三星的市佔差距，從第2季的5.8個百分點，第3季縮小至3.3個百分點。三星晶圓代工部門的季度虧損超過7億美元，公司與台積電的差距也被拖大，爲改善獲利，三星打算擴大10納米等成熟製程的客戶。
台積電張忠謀在日前更是坦言：“三星晶圓代工之所以搞成今天這樣，主要是因爲技術性的問題，並不是行政策略的問題。
英特爾，略顯迷茫
本來，在帕特基辛格的領導下，英特爾對於「四年五節點」充滿了信心。
在四年前上任後不久，基辛格就發誓要成立一家代工企業，與台積電競爭，並承諾在五年內開發五個製造節點。過去多年裏，他也多次表達了一個觀點，那就是台積電是可以戰勝的。例如在今年四月，時任英特爾首席執行官帕特·基辛格表示，該公司將能夠在半導體芯片生產方面擊敗臺灣半導體制造公司（TSMC）。
基辛格在 Semafor 世界經濟峯會上表示，台積電「做出了卓越的工作」，並補充說英特爾「幫助創造了一些技術」。「十年前，我們做出了錯誤的戰略決策，而他們採用了其中的一些技術，併成爲了世界的代工廠。」基辛格接着說。
在基辛格看來，台積電的成功完全得益於臺灣的大力支持；爲此基辛格認爲，美國《芯片與科學法案》同樣可以促進國內芯片製造業的發展，到本世紀末產量將翻一番。然而，其寄予厚望的 18A 處理節點（相當於2nm）一直面臨延遲。多個傳言也表示，其早期客戶之一博通據稱也存在產量問題。只有 20% 的芯片通過了早期測試。
回想去年，時任英特爾CEO基辛格在接受採訪時表示，英特爾的18A工藝十分地先進，即使是友商也沒有辦法能夠跟自家的產品相提並論，其中一個重要的原因就是英特爾使用了RibbonFET架構，這個技術目前友商還沒有使用，從而讓英特爾的18A以及20A能夠比台積電的2nm工藝更加先進。
爲其雄心勃勃的「4 年 5 個節點」路線圖的最後節點，孿生的 20A/18A 是多項新技術的巔峯之作，主要是英特爾的 GAAFET 實現（RibbonFET），它與英特爾的背面供電網絡 (BS-PDN) 技術 PowerVia 相結合。20A 是英特爾該節點的早期版本，而 18A 是經過改進的版本，可長期在內部使用，也是英特爾代工廠的第一個主要外部節點。
英特爾之前還透露，公司的2nm潛在代工客戶已經有很多家，比如$微軟 (MSFT.US)$、美國國防部等，預計到2025年中會有八款18A芯片完成流片，包括Intel自己的、外部客戶的產品。但從現在的各種消息看來，Intel 18A似乎不達預期。
根據英特爾原來到的計劃，公司的18A預計將在2024年下半年實現製造就緒，預計英特爾2025年上半年商用的Inte 18A將會進一步擴大領先優勢。最近，針對良率過低的問題，英特爾和已經被撤掉職位的Pat也都在爲其辯護。
但從現狀看來，英特爾挑戰依然不小。相關數據顯示，英特爾2023 年的運營虧損爲 70 億美元，比上一年增加了 20 多億美元，這標明英特爾還有很多工作要做才能扭轉局面。根據英特爾的規劃，公司的目標只是讓該部門在 2027 年實現收支平衡。因此，英特爾一直在籌集數十億美元的財務援助，以確保其多工藝節點計劃能夠按時完成，並能生產出足夠數量的芯片。
但隨着基辛格的離去，這個戰略打上了新的問號。張忠謀更是直言：「英特爾的致命傷是欠缺新策略，並且因太過沖刺晶圓代工服務（IFS）而錯失AI商機。如今更面臨雙缺（缺新策略及新CEO）。」這對英特爾來說，也的確是個難題。
力積電董事長黃崇仁則一言以蔽之：「英特爾打不過台積電，一句話而已。」
寫在最後
如文章開頭所說，日本的Rapidus 本來也對2nm寄予厚望，該公司也獲得了Jim Keller所在公司在2nm上的合作承諾。Rapidus 總裁 Atsuyoshi Koike 也指出，除了已經披露的公司外，Rapidus 還在與其他 40 家公司進行談判。
日前，IBM 和日本芯片製造商 Rapidus 的科學家共同宣佈，他們在持續構建 2 納米工藝的芯片方面取得了關鍵里程碑。他們使用兩種不同的策略來選擇性減少納米片層，他們推動了該技術從單根納米線向堆疊納米片的演進。納米片比納米線具有更好的靜電控制能力，同時還可以在給定的佔位面積內安裝更多晶體管。納米片環繞柵極晶體管也具有多個閾值電壓（或多 Vt），這使得芯片可以執行復雜的計算而不需要太多的能量。該小組發現他們可以做到這一點，而不需要這種構造方法往往會伴隨的金屬柵極邊界問題。
這意味着該團隊現在已經向下一代微芯片的第一次迭代邁出了重要一步。但是，在英特爾和三星都無法挑戰的當下，Rapidus的勝算能有幾高？答案，顯而易見！
與此同時，一家獨大的台積電，也引發了大家對2nm定價權的擔憂。正如外媒所說，在缺乏可行競爭的情況下，台積電從一個「有效」的前沿壟斷者轉變爲真正的壟斷者。這使他們可以隨心所欲地提高價格。通過計算，我們很快就會發現，許多當今設計前沿芯片的公司將不得不脫離摩爾定律曲線，因爲它不再具有經濟可行性。
舉例而言，假設有一家規模可觀的台積電客戶——不在前三，但可能在前十。他們目前可能向台積電支付每片晶圓 20000 美元，而良率量較低的客戶支付的費用接近 25000 美元。假設這家公司有一塊 170 平方毫米的芯片。使用方便的半分析芯片良率計算器，可計算出每片晶圓 325 片芯片，或每片 61 美元。如果該公司將芯片定價爲 140 美元，他們的毛利率將達到 55%，這還不錯，但不算太好。
現在假設臺積電將其下一帶工藝的價格提高到 40,000 美元。N2 密度改進的估計值仍在不斷增加，但我們假設每片晶圓（375 KGD）的芯片數量增加 15%。然而，每片芯片的成本卻躍升至 107 美元。這是摩爾定律放緩的核心——密度增加現在大大滯後於價格上漲。如果設計公司無法將成本增加轉嫁給客戶，並且價格被困在 140 美元，毛利率將降至 22%，這不是好事。
我們可以根據這些數字來討論芯片設計師可以在多大程度上將這些成本轉嫁給他們的客戶，但結論仍然是一樣的：隨着台積電提高價格，生產尖端芯片對於越來越多的客戶來說變得越來越不可行。
當然，台積電不會無限提高價格並切斷所有需求，但他們的定價將最大化自己的價值提取。這可能會導致能夠負擔得起尖端芯片設計的客戶數量大大減少。
但未來，誰又知道呢？
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