对抗竞争升级 芯片争夺战进入3nm
来源:电子工程专辑 发布时间:2022-08-19 分享至微信

当前,芯片工艺节点已经进入到3nm,以台积电、三星为代表的芯片代工厂商一直在先进芯片工艺上展开竞争角逐。


7月25日,三星电子宣布在韩国京畿道华城园区量产基于GAA晶圆架构的3nm芯片,应用于HPC、移动SoC等领域。据韩国媒体TheElec报道,三星3nm客户包括上海磐矽半导体有限公司(PanSemi)、高通等。


8月18日,在2022年世界半导体大会上,台积电(中国)有限公司副总监陈芳表示,台积电N3(又称3nm)芯片将在今年下半年进入量产;3nm加强版N3E将会在2023年下半年(年底)量产,应用于移动手机芯片、HPC(高性能计算)等领域。


而据中国台湾《工商时报》报道,业界人士表示,今年底苹果将成为第一家采用台积电3nm流片的客户,首款产品可能是M2Pro芯片(或将用于MacPro等新品),而明年包括新款iPhone15Pro专用A17应用芯片,以及M2及M3系列芯片,都会导入台积电3nm。


台积公布技术计划


本次世界半导体大会台积论坛上,台积电团队详细公布了先进工艺、特殊工艺、先进封装技术、扩建产能等最新进展和未来规划。


其中在先进工艺方面,2020年量产的N6(6nm),是台积电第一代利用EUV(极紫外光刻)技术的先进工艺平台,包括7nm和N6在内,产品组合包括手机、CPU/GPU/XPU处理器领域,以及RF射频和消费类应用,预计今年底产品NTO(NewTapeOut,指新产品流片)将超过400个;台积电5nm芯片已在2020年量产,预计年底,5nmN5/N5P及4nmN4P/N4X产品NTO将超过150个,基于N4P的V0.9IP已经在今年二季度完成,高端接口预计今年第三季度得以完成。


N3/N3E(3nm)芯片是目前台积电最先进的逻辑制程,相较于5nm,基于N3E工艺的芯片密度高出1.3倍,逻辑密度门增加1.6倍,在相同功耗下速度提升15-20%,或在相同速度下功耗降低30-35%。3nm系列的创新主要在于使用FINFLEX技术,可以在提升密度的情况下维持速度和功耗的平衡。基于N3经验,N3E将会在明年底量产,相关逻辑测试芯片及3nm256MbSRAM(静态随机存取存储器)良率达到80%左右。


2025年批量制造生产的N2(2nm)芯片,采用纳米片晶体管架构,支持Chiplet(小芯片)技术。相较于N3E,2nm在相同功耗下会有10%-15%速度提升,或在相同速度下功耗降低25%-30%,晶圆密度高出1.1倍。预计2nm将主要应用于手机SoC、HPC等领域,以实现最佳能效和性能。


三星“另辟蹊径”扩张4nm产能


目前采用GAA(Gate-All-Around)架构晶体管技术的3nm代工产品已经发货了,对过去两三年晶圆代工陷入困局的三星来说,多少可以恢复一些信心。据报道,竞争对手台积电(TSMC)的3nm工艺会在9月份正式进入量产阶段,传闻初期良品率比当时5nm工艺还要好,继续对三星形成压力。


据UDN报道,三星希望借助3nmGAA芯片出货的机会,增加4nm产能并挽回失去的客户。此次投资的金额为5万亿韩元(约合37.66亿美元/人民币258.58亿元),尝试从台积电手上抢夺高通等厂商的订单。


三星的目标是到今年第四季度,将晶圆产量提高到每月2万片,此前由于良品率问题,已造成不小的损失,比如高通在Snapdragon8PlusGen1和即将推出的Snapdragon8Gen2上都坚持使用台积电的工艺。传闻三星打算提供更优惠的价格抢夺未来的订单,提高市场份额,但鉴于高通过往的遭遇,以及改用台积电以后显示出积极的结果,这样的做法不一定能凑效。


谷歌似乎仍然坚持站在三星这边,下一代TensorSoC将采用三星的4nm工艺。不过谷歌的订单规模明显少于高通,因此不能给三星带来多少优势。有研究机构表示,三星的先进工艺产能严重落后于台积电,仅为对方的五分之一。虽然三星已宣布大规模投资计划,从技术和产能上追赶台积电,但至少未来几年内仍然难以企及。


传苹果M2Pro芯片首发采用台积电3nm工艺


最新的消息显示,苹果采用3nm制程工艺的芯片,在今年下半年就将投片,首款可能是自研M2Pro芯片。


据外媒报道,苹果的M2Pro芯片,计划用于下一代的14英寸和16英寸MacBookPro及一款高端的Macmini,有望在今年年底或明年上半年推出。


苹果自研Mac芯片的计划,是在2020年6月份的全球开发者大会上公布的,首款产品M1在当年10月11日凌晨推出。在2021年的10月19日,苹果又推出了M1Pro和M1Max,一并推出了新一代的MacBookPro。而在今年3月9日的春季新品发布会上,苹果又推出了M1阵营的终极成员M1Ultra。


在推出M1Ultra之后不到3个月,苹果开始推出M2系列芯片,首款M2在6月7日凌晨1点开始的全球开发者大会上推出,采用第二代5纳米制程工艺打造,集成超过200亿个晶体管。


苹果M1系列中的M1Pro和M1Max,是同时推出的,但消息人士最新的透露中,只提到了M2Pro率先采用3nm制程工艺,并未提及M2Max是否会一并推出,这也就意味着苹果可能进行调整,在不同的发布会上分别推出。


报告称,英特尔明年下半年将扩大采用3nm生产处理器内晶片块(tiles),AMD、英伟达、高通、联发科、博通等会在2023-2024年陆续完成3nm芯片设


尽管三星电子积极争夺3nm芯片订单,但台积电(TSM.N)继续从苹果(AAPL.O)和英特尔(INTC.O)等供应商那里获得3nm芯片订单承诺。消息人士表示,三星正在努力扩大其3nm客户组合,但尚未取得重大进展。对于台积电的3nm客户而言,从台积电转移订单可能会带来高昂的成本。


本文内容参考钛媒体、超能网、和讯网综合报道


责编:Jimmy.zhang

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