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2納米先進制程已近在咫尺!

來源:全球半導體觀察整理    原作者:竹子    

近日,IC設計大廠美滿電子(Marvell)宣布與臺積電的長期合作關系將擴大至2納米,并開發業界首見針對加速基礎設施優化的2納米半導體生產平臺。

目前,行業內最先進的先進制程量產技術是3納米工藝,由三星電子和臺積電制造。隨著英特爾拿下ASML的首臺光刻機并更新最新代工版圖,以及Rapidus與IBM合作日益密切,目前2納米先進制程的競爭者以明顯擴大為臺積電、英特爾、三星、Rapidus、Marvell五家。據悉,目前上述五家大廠2納米的問世時間基本都規劃在了2025年,同時結構方面都選擇了GAA。

Marvell:AI需求高漲,跟進2納米是重中之重

根據新聞稿,Marvell已從追隨者轉變為將先進節點技術導入硅基礎設施的領先者。Marvell先是實現了5納米平臺的成就,之后跟進發表了幾項5納米設計,并推出了首款基于臺積電3納米制程的硅基礎設施產品組合。

Marvell開發長Sandeep Bharathi指出,未來AI工作量需要的性能、功耗、面積和晶體密度將大幅提高。2納米平臺可讓Marvell提供高度差異化的類比、混合信號和基礎硅智財(IP),構建能夠實現AI承諾的加速基礎建設。

臺積電:2納米2025年推出,需求高漲還將進一步擴產

臺積電于2023年年初量產3納米工藝,并且該制程已從2023年三季度開始獲利,2023年四季度便占據了晶圓收入的15%,并且營收占比還在不斷上升。

據TrendForce集邦咨詢研究表示,預計2024年晶圓代工市場將成長7%,這極大歸功于臺積電3nm放量,帶動臺積電市占率進一步上升,預計2024年二季度開始,臺積電營收將上升7%。

在2023年四季度業績說明會上,臺積電表示2nm制程(N2)采用納米片(Nanosheet)晶體管結構,預計在2025年量產,將在密度和能源效率上領先業界。N2背面電軌解決方案將在2025年下半年推出,并于2026年量產,主要應用于HPC領域。

并且,由于目前全球所有AI創新客戶對2nm制程的需求高于3nm,幾乎所有的AI創新者都與臺積電合作2nm制程技術,主要以高性能運算HPC和智能手機兩大應用為主,目前2nm只有一家半導體公司不是臺積電的客戶(行業多猜測是三星)。因此臺積電表示2nm將擴產,高雄廠原本是要蓋兩座2nm晶圓廠,現在考慮要蓋第三座2nm晶圓廠。

三星:GAA結構占據先發優勢,2nm加速趕超

三星于2022年6月開始量產3納米工藝,另據行業最新消息,三星已研發出“第二代3納米”工藝,并將其更名為“2納米”,該工藝計劃將于今年年底前量產。但是業界對此并不買賬,多家大廠更為期待真正的2納米技術的到來。

三星電子在2023三星晶圓代工論壇上公布了2納米制程的最新路線圖。三星電子總裁兼晶圓代工業務負責人崔時榮會上透露,三星將自2025年起首先于移動終端量產2納米制程芯片,隨后在2026年將其用于高性能計算(HPC)產品,并于2027年擴至車用芯片。

不同于臺積電在2納米開始選擇GAA,三星從3納米制程就開始使用GAA結構。所以相對于臺積電,三星似乎在新結構方面會更有經驗,這也成為三星在2納米制程中的節點的優勢之一。

過去,在2020年三星電子從7納米制程技術轉向5納米制程技術時,第二代7納米制程技術就曾經更名為5納米制程技術。三星電子的7納米制程技術在2019年成為全球首個使用極紫外光(EUV)曝光技術的制程,這使其更加穩定,并讓該公司進一步縮小電晶體尺寸,這也是當時第二代7納米制程更名為5納米制程的原因。

近日,據行業人士最新消息,三星近日成功搶單臺積電。據悉,PFN自2016年以來一直與臺積電合作,但是今年,其決定在三星的2納米節點上生產下一代AI芯片。根據協議,三星將利用其最新的2納米芯片處理技術用于PFN生產人工智能加速器和其他人工智能芯片。

英特爾:2納米最早問世,還在追趕更先進制程

根據英特爾之前宣布的計劃,公司立志在2024年或2025年趕上并超越臺積電。在今年英特爾代工服務(Intel Foundry Services)舉辦的“Direct Connect”會議中,其公布了最新的技術發展路徑。

據悉,其18A主要產品Clearwater Forest已完成,并將于2025年投入生產。業界常將英特爾的18A工藝和臺積電的N2(2 納米)、N3P(3納米級)工藝性能相比較,兩家大廠各執一詞。

英特爾首席執行官Pat Gelsinger強調,18A 和 N2都利用GAA晶體管(RibbonFET),但是1.8 納米級節點將采用BSPND,一種可優化功率和時鐘的背面功率傳輸技術。臺積電則相信其N3P(3納米級)技術將在功耗、性能和面積(PPA)等方面與英特爾的18A相媲美,而其N2(2納米級)將在所有方面超越之。

此外,英特爾的20A制造技術計劃于2024年推出,將引入RibbonFET環繞柵極晶體管以及背面供電網絡(BSPDN)兩項創新技術,旨在實現更高的性能、更低的功耗和增加的晶體管密度。與此同時,英特爾的18A生產節點旨在進一步完善20A的創新,并在2024年底至2025年初提供進一步的PPA改進。按照英特爾上述制程說法,其2納米有望最早問世。

值得關注的是,會上英特爾首次公布了14A(1.4nm)以及其演進版本14A-E。Intel 14A(1.4nm)工藝是業界首個使用ASML High-NA EUV光刻工具的工藝節點,英特爾也是業內首家獲得尖端High-NA工具的公司。英特爾預計在2027年前開發出14A。

Rapidus:砸錢,彎道超車先進制程

除了上述晶圓代工大廠外,還有一家日本公司Rapidus值得關注。今年1月22日,Rapidus社長小池淳義在發布會上表示,日本Rapidus 2nm芯片廠興建工程順利,試產產線將按計劃在2025年4月啟用。同時,也表示未來考慮興建第2座、第3座廠房。

去年9月,Rapidus在北海道千歲市興建日本國內首座2nm以下的邏輯芯片工廠“IIM-1”,據悉,該工廠將在今年12月完工。資料顯示,Rapidus成立于2022年8月,由豐田、Sony、NTT、NEC、軟銀、Denso、NAND Flash大廠鎧俠、三菱UFJ等8家日企共同出資設立。

此前,Rapidus與IBM簽訂了合作協議,開發基于IBM 2nm制程技術。IBM早在2021年推出全球首款2納米制程的芯片,同樣IBM的2納米也使用了GAA結構。這使得Rapidus先進制程研發有了技術支撐。

封面圖片來源:拍信網

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