台积电向3纳米挺进：英特尔受伤AMD获益，三星奋力追赶

·极客观察8月31 台积电日期召开年度Technology Symposium会议，在会上介绍了3nm制程的详细情况以及5纳米规划方案，干货颇多。

首先从N7+节点说起，这种制程已经很少用了，Kirin 990就是用N7+技术制造的。马上到来的是N5节点，用到了二代DUV和EUV技术。在过去几个月，N5芯片已经开始量产，预计今年N5芯片就会进入产品，卖给消费者，苹果下一代芯片可能会首先用上N5制程。

按照台积电的说法，N5的缺点密度（指芯片单位面积上有多少缺点数）比N7低四分之一，在大规模生产时，N5的良率比N7和N10要高，而且未来缺点密度还会进一步降低，之前两代产品就呈现这样的趋势，所以台积电预测N5也会遵循相同的发展轨迹。

另外，台积电还在为N5P节点做准备，它相当于N5的升级版，速度提升5%，能耗降低10%。在N5P之后，台积电将会引入N4节点。照估计，2021年四季度N4芯片将会进入风险生产阶段，2022年年末大规模量产。

3纳米成为新阵地

在这次会议上，最大的新闻应该是3纳米N3节点，它相比N5节点前进很大一步。其实之前台积电已经简单介绍过3纳米N3节点，只是这一次更详细。

三星也在研究3纳米制程，它用的是GAA (Gate-all-around)晶体管架构，台积电不一样，它坚持使用FinFET晶体管，并引入一些创新技术。与N5节点相比，在相同功耗等级下台积电N3芯片性能提升10-15%，在相同晶体管速度下能耗降低25-30%。另外，晶体管密度也会提升70%，也就是说相同尺寸的芯片性能会更强。

从能耗、性能上看，台积电N3制程将会跟上三星3GAE的节奏，但在密度方面比三星更出色。

苹果芯片完全交给台积电制造，想知道芯片行业的发展趋势，苹果就是风向标。而制造技术又在发展过程中扮演关键角色，芯片有多大、有多复杂、有多快、能耗有多高都由制造技术决定。

苹果A12处理器是用台积电7纳米技术制造的，A13（iPhone 11）芯片进一步增强，属于二代7纳米技术。今年晚些时候，估计苹果就会用上5纳米A14芯片。明年苹果可能会用上N5P制程（增强版N5技术），相同功耗下性能提升5%，相同性能下能耗减少10%。有人估值，A14芯片的性能与15英寸MacBook Pro应该差不多。

不难看出，真正的突破在于3nm，它算是一次飞跃。2018年跳到7纳米，今年跳到5纳米，2022年跳到3纳米，这三次进步都是巨大的。

2022年秋天苹果新品（iPhone 14、Apple Watch Series 8、Mac）将会用上3纳米芯片，它的能耗与性能都会比今天出色很多。到那时，Mac转型将会完成，芯片密度会是今天的3倍，能效提升50%。苹果可以用新芯片制造更棒的iPhone、iPad、Mac，但更值得期待的是穿戴产品，甚至有可能包括AR头盔。

在3纳米之后，台积电将会继续向2纳米挺进。大约2022年年末时台积电就会向2纳米转移，它已经开始建设芯片厂和研发中心。

英特尔受伤AMD获益

最近，英特尔宣布回购100亿美元股票，股价因此大涨。但在分析师眼中，英特尔的处境并不乐观。早在2018年年末时，英特尔的问题就已经浮出水面，因为10纳米芯片研发遇到麻烦，14纳米芯片又缺货（英特尔的芯片是自己生产的）。反观英特尔的对手AMD，它将新处理器交给台积电生产，在PC市场拿到不少份额。

在制程方面台积电已经跑在英特尔前面，英特尔还没有推出10纳米芯片，AMD已经开售7纳米芯片。不过请注意，从技术上讲，AMD的7纳米芯片相当于英特尔的10纳米，因为二者的节点差不多一样，但是在相同性能下AMD芯片的能耗比英特尔芯片低。

AMD持续提供廉价芯片让英特尔很头痛。根据统计，从2016年三季度至2020年三季度，英特尔在CPU市场的份额从82.5%降到62.4%，AMD份额从17.5%攀升到37.5%。

投资者希望英特尔跳过10纳米直接生产7纳米芯片，但是上个季度英特尔承认7纳米技术落后于内部目标大约12个月，也就是说要等到2022年或者2023年才能推出7纳米芯片。

反观台积电，今年它已经开始生产5纳米芯片，2021年开始测试3纳米芯片。有了台积电帮忙，与英特尔对战时AMD的优势会进一步扩大。

三星努力追赶

为了追赶台积电，三星现在开始大规模量产5纳米芯片。最近三星还透露说它正在开发4纳米芯片，而之前的传闻却说三星准备跳过4纳米直接进入3纳米。可能是由于台积电准备制造N4芯片，所以三星也会在2022年或者2021年年底量产4纳米芯片。

很快三星就会用5纳米技术生产Exynos 1000芯片，供Galaxy S新旗舰手机使用；另外，三星还与AMD合作，为AMD生产显卡芯片。据说三星还拿到高通的订单，为高通生产5纳米骁龙875G和735G芯片。

今年三季度，三星芯片制造业务的营收约为353亿美元，同比增长4%，但它在整个市场的份额却下降了，只有17.4%。之所以如此，可能是因为Galaxy S20销售不佳。台积电的份额上升到53.9%，比之前一个季度增加2.4个百分点，主要是因为来自苹果、高通、Nvidia、AMD的订单增加。

ASML也为台积电助威

最近，荷兰光刻机巨头ASML在台湾建了一个训练中心，投入1600万美元，专门为台积电培养人才。训练中心的主要任务就是培养EUV光刻机操作员，教他们操纵机器，台积电是ASML的最大客户。

ASML全球副总裁Mark Ting在开幕式上表示，将会继续向台湾投资，公司还准备再建一个研发中心，在3年内将台湾研发员工增加一倍，达到500人。Mark Ting说：“台湾目前是世界上安装EUV系统最多的地方……我们会继续向这里投资。”

世界上只有一家公司提供EUV机器，它就是ASML，而台积电是ASML最大的客户。ASML还在韩国建有EUV培训中心，为三星提供服务，不过那里没有现场演示机器，台湾有。

一台EUV机器的价格约为1.2亿美元，台积电和三星购买时有折扣。2020年，ASML预计将会提供35套EUV系统，据说当中20多套的买家都是台积电。

台湾的目标是吸引国外芯片制造设备供应商前往台湾投资，在当地制造设备，这些企业包括 Applied Materials、Lam Research和ASML。日本也有一些关键芯片制造材料生产商，比如日立、三菱化学，它们已经在台湾投资。就眼下而言，虽然中、日、韩极力追赶，但在芯片制造设备、关键材料方面仍然落后于美国。

去年ASML准备将先进EUV光刻机卖给中芯国际，不过迫于美国压力只能放弃。现在全球只有两家企业用EUV光刻机生产芯片，一家是台积电，另一家是三星。英特尔也准备引入EUV技术。

台湾经济研究所芯片分析师Arisa Liu认为，ASML在台湾设立培训中心说明它看好台积电，也与各地区的行动保持一致，全球各地都意识到半导体供应链必须重视本地化。

他说：“在芯片制造设备、关键材料方面，台湾离自给自足仍然很遥远……中美科技冲突、全球大流行引起关键经济体警惕，它们意识到只有让核心供应链本地化才能确保业务持续下去。所有贸易和科技地缘冲突都与关键国家的再平衡希望有关，比如日本、美国，它们会把核心制造带回国内，这种趋势已经开始凸显了。”（小刀）

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