作者：二马路的冰
排版：LEAHMA
出品：SOlab
深度好文，3026字=13分钟阅读
2021年5 月 6 日，IBM推出了全球首款采用 2nm 工艺的芯片，虽然实质上这只是一个样品，但是足以证明了2nm 芯片的可行性。这款 2nm 芯片每平方毫米可容纳 3.33 亿个晶体管！I
BM的表示，这款2nm 芯片将：
1、手机的电池寿命延长三倍，用户只充电一次可以用四天；
2、为碳中和做出贡献；
3、互联网体验更好；
4、赋能自动驾驶，缩短响应时间......
IBM称距离将上述技术投入量产还需花费数年时间，接下来，该公司计划继续研究与开发用于消费电子产品的2nm芯片技术。
然而，业界等不及了，开始对2025年实现2nm芯片的量产信心满满！
韩国三星电子抢先一步实现3nm芯片量产
2022年6月30日，韩国三星电子公司正式官宣，开始大规模生产3nm芯片，采用最先进的EUV光刻技术和 GAA（Gate-all-around，纳米环栅）晶体管技术。这也使得三星电子公司抢先中国台积电公司成为了全球首家量产3nm的芯片代工企业。
韩国三星官宣3nm芯片量产 图源：三星电子
根据三星官方公布的声明显示，基于其第一代的3nm GAA工艺的芯片与传统的5nm工艺芯片相比，功耗降低了45%，性能提高了23%，面积可减少16%。
三星还宣称，第二代的3nmGAA制造工艺也尚在研发中，下一代工艺将使芯片的功耗降低50%，性能提升30%并减少35%的面积。
中国台积电紧随其后
实现3nm芯片量产
在三星宣布量产3nm GAA工艺半年之后，2022年12月29日，全球最大芯片代工厂,中国台积电公司在南部科学园区晶圆18 厂新建工程基地举行了3nm芯片量产暨扩厂仪式，宣布其3nm正式量产。此前，由于3nm芯片良率拉升难度飙升，台积电为此已不断修正3nm蓝图，且划分出N3（N3B），N3E，N3S，N3P和N3X等多个家族版本。
目前包括苹果、英伟达、英特尔、AMD、高通、联发科都表达了让台积电代工3nm芯片的意愿。但在上述公司中，没有一家明确公布了3nm产品的时间表。
中国台积电官宣3nm芯片量产
图源：TSMC
中国台积电与英伟达、
新思科技和ASML结盟
2023年3月21日晚11点，一年一度的英伟达GPU技术大会GTC（Gpu Technology Conference）召开。
英伟达CEO黄仁勋（Jensen Huang）进行了长达78分钟的主题（Keynote）演讲，发布了英伟达的最新产品——挑战芯片极限的计算光刻技术、ChatGPT专用GPU,等等，号称是“核弹级”的芯片成果。
英伟达CEO黄仁勋 图源：英伟达
黄仁勋称，英伟达经过与中国台积电、ASML、Synopsys（新思科技）的多年合作，推出计算光刻软件库cuLitho，将加速计算带入计算光刻领域，使计算速度提升40倍。cuLitho的面世，使曲线掩模、下一代EUV光刻机、下一代EUV光刻胶等创新技术得以加速，将有助于晶圆厂缩短芯片原型研发周期时间、提高产量、减少碳排放。
中国台积电与英伟达、新思科技和ASML结盟。
图源：英伟达
黄仁勋宣称：“造 H100（英伟达最先进的GPU） 需要 89 块掩模版，在 CPU 上运算时一块就得算两个星期，但如果用 H100 在 CuLitho 上运行就只需要 8 个小时”。
也就是说， 500 个英伟达的 DGX H100 系统就能取代 4 万个 CPU 系统的工作，提高了效率，减少了碳排放。
黄仁勋称：“半导体光刻技术实际上已经达到了极限”。“这一合作伙伴关系将使半导体制造厂能够提高产量，同时减少碳排放。同时，它将为开发2nm或更小的先进技术奠定基础。”
台积电总裁魏哲嘉则称：“这一发展将为半导体的稳步小型化做出重要贡献。
一句话，四方合作成果cuLitho将使 2nm芯片的面世将指日可待。
中国台积电加速2nm芯片
量产步伐并谋划1nm
《日本经济新闻》最近报道称，台积电已开始在中国台湾省新竹建造新工厂，生产2nm芯片。据估计，建造一座2nm芯片的工厂至少需要投资150亿美元。中国台积电决定建造四座这样的工厂。这意味着至少将投资600亿美元。这将成为中国台积电历史上最大的单一项目。中国台积电预计最早将从2025年开始大规模生产2nm芯片。
中国台积电还指定了1nm芯片计划，最早于2026年，在中国台湾省北部的桃园龙潭科技园破土动工1nm芯片工厂，2027年试生产，2028年量产。
IC Insights数据显示，在2019年，10nm以下先进制程的市占率仅为4.4%，到2024年其比例将增长到30％，而10nm～20nm制程的市占率将从38.8%下降到26.2%，20nm～40nm制程的市占率将从13.4%下降到6.7%。
先进制程的市占率将大幅度上升
图源：IC Insights
针锋相对的韩国三星电子
从全球晶圆代工市场份额看，韩国三星电子的市占率排名第二，中国台积电是当之无愧的老大。比如，根据TrendForce集邦咨询发布的数据，2022年二季度，韩国三星电子市占率为16.5%，中国台积电市占率为53.4%。
但是，韩国三星电子信心满满，三星Device Solution事业部技术负责人Jeong Eun-seung就曾表示，“三星2017年才成立晶圆代工事业部，但凭借公司在存储制造方面的专长，超越中国台积电指日可待” 。
韩国三星电子将在2030年前投资至少1500亿美元，在韩国建立五个新的芯片工厂。韩国贸易、工业和能源部在2023年3月15日的一份声明中表示：“大型集群将是我们半导体生态系统的关键基础。”。该计划将吸引约550万亿美元的私营部门投资，以成为先进芯片制造的世界领导者。
韩国三星电子制定了一项计划，将在2025年像台积电一样大规模生产2nm芯片。此外，该公司宣布还将从2027年开始批量生产1.4nm芯片，并继续证明其对中国台积电的技术优势。
事实上，当前三星电子3nm芯片采用纳米环栅（GAA）晶体管结构，而中国台积电公司3nm芯片采用FinFET晶体管结构。理论上，台积电在晶体管技术方面落后于三星。当然，良率是另外一回事情。
三星电子3nm芯片采用GAA 晶体管结构
图源：三星电子