今天小編分享的互聯網經驗：搶光刻機、截客户，三大芯片巨頭纏鬥2nm，歡迎閲讀。
作者丨邱曉芬
編輯丨蘇建勳
近期，行業内關于 2nm 以下芯片制程的進展頻頻。
12 月 14 日，台積電在一次會議上首次提到，其 1.4nm 制程已經開始研究，并且計劃在 2027-2028 年器件量產。與此同時，台積電 2nm 制程的進展也近期也頗快。
此前有消息稱，台積電用于生產 2nm 芯片的首部機台将于 2024 年 Q2 入駐其位于新竹寶山的工廠，并計劃于 2025 年 Q4 開始量產 2nm 芯片。有未經證實的行業信息稱，這一工廠未來一個月将能生產 3 萬片 2nm 芯片。
不僅僅是台積電，三星和英特爾在 2nm 以下制程的戰火早就開始燒起。
分别在今年的 6 月、10 月，三星先後透露了其先進制程芯片未來的規劃—— 2nm 芯片計劃在 2025 年量產之後，2026 年即擴展到 HPC ( 高性能計算伺服器 ) 領網域，2027 年再擴展到更廣泛的汽車應用上；其 1.4nm 芯片将在 2027 年量產。
英特爾這邊，Intel 18A（1.8nm）作為其 "4 年掌握 5 代制程節點 " 大計中的收官之戰，這一制程節點将在 2025 年交付，并且要用在其核心產品至強處理器上。
英特爾 CEO 帕特 · 基辛格
在目前芯片行業還處于 4nm 應用的階段，但各家巨頭已事先布局起 2nm 及其以下的制程，關鍵時間點都錨定在了不久後的 2025 年。
只是，2nm 技術還沒真正研發完，市場端的競争已經提前開始，近期，三家公司關于搶光刻機、截胡客户、挖角的信息也都不絕于耳。此前有外媒稱，三星拿出 2nm 原型向英偉達在内的行業客户展示，還開出折扣價，并且已經斬獲高通。高通計劃下一代高端手機芯片采用三星 2nm 制程生產。
芯片巨頭們的 2nm 纏鬥，俨然成為一樁事先張揚的賽事。
2nm 戰火，先從 30 億的光刻機燒起
全球 2nm 以下制程的硝煙，如今從最核心的元器件光刻機開始燒起——光刻機，可以説是芯片制程向上攀登的阿喀琉斯之踵。
光刻機本質上是一個投影系統，作用是将所要打印的芯片藍圖收縮、聚焦到硅片上。説起來容易，做起來卻很難，ASML 的光刻機此前一直在先進制程的演進中扮演着相當重要的作用。
正如 2017 年 7nm 芯片量產之時，行業内摩爾定律終結的聲音不絕于耳，但 ASML 掏出的 EUV 光刻機使得芯片突破了物理極限的限制，硬生生又給摩爾定律又續了十年命。到了如今 2nm 的節點，ASML 依舊發揮着救火作用。
今年年初，ASML 給行業釋放了一則好消息，他們收到了供應商提供的第一個高數值孔徑機械投影光學器件、照明器、晶圓載物台等一系列設備——翻譯過來就是，這些模塊能幫助 ASML 交付适用于 2nm 芯片的高數值孔徑（High-NA） EUV 光刻機。
未來若落地，這種光刻機不管是體積還是成本，都相當恐怖—— ASML 方面曾稱，它大概有一台卡車那麼龐大，每台的成本超過了 3 億歐元（折合 24 億元）。
ASML 光刻機 圖源 BLOOMBERG NEWS
這并沒有阻礙芯片巨頭們的搶購熱情。此前據 Digitimes 消息，ASML 在 2024 年只計劃生產 10 台 2nm 設備，但當中的 6 台已經被手快的英特爾提前鎖定。
問題是，各家的 2nm 制程量產時間基本鎖定在 2025 年，如果消息成真，意味着 ASML 能勻給台積電和三星的光刻機數量已經不多。
焦慮的三星，直接請出了韓國總統出手。12 月初，三星社長李在镕緊急去了一趟荷蘭拜訪 ASML，還拉上了韓國總統尹錫悦同行。兩家公司籤署了一份歷史性的協定，将共同出資 7 億美元（折合人民币 56 億元），在韓國投建工廠。
共同建廠實現利益綁定只是幌子，三星醉翁之意是，希望從 ASML 那獲得更多的高數值孔徑 EUV 光刻機。
芯片行業苦光刻機久矣，先進制程攀登的過程，行業中也出現了下一代光刻機技術的先鋒探索。在今年 10 月份，佳能就号稱通過納米壓印（NIL），将有可能承擔 2nm 芯片制程的生產。
納米壓印完全是和光刻完全不同的技術路線——如前文所説，光刻更像 " 投影 "，那麼納米壓可以用 " 蓋印 " 來比喻。
根據佳能方面的説法，他們先将掩摸壓到晶圓上，掩模的作用有點像 " 印泥 "，用來復制轉移電路。随後，再向上噴墨，把掩模印在新的晶圓上進行曝光。
如果能夠實現，對于行業這将會是一個巨大的衝擊。納米壓印的技術優勢更大，不僅設備更小、功耗更低，光源也更便宜，造價更低。
佳能的美好暢想足夠抓人，但最後能否落地還需要時間考驗。2nm 制程的競争，不僅僅是芯片廠商的鬥争那麼簡單，上遊同樣焦灼。
2nm 決戰各類技術革新
要制造出 2nm 芯片，芯片廠商還在持續挑戰更先進的芯片技術。GAA（Gate All Around，全環栅型晶體管技術）是當前一項核心科技。
芯片裏面的晶體管，可以拆解為三個模塊：源極、栅極、漏極——電離子從源極出發、穿越栅極、進入漏極，構成一個完整回路。栅極，可以簡單想象成晶體管與晶體管之間的一個門、一塊隔板，起到了把控電離子流向的作用。
在 7nm 的時代，行業中一般采用 FinFET 工藝。在這個工藝下，源極和漏極被做成了一整片 " 魚鳍 " 的樣子，直直穿過栅極。這樣，栅極才能牢牢把控電流流向。
只是，這種工藝在 5nm 以下先進制程中面臨失效——當芯片制程越來越低，一個芯片裏面擠入的晶體管越來越多，留給芯片内栅極的空間注定壓縮，變小變薄，這樣就會導致 " 門 " 關得不緊，電子出現逸散。
Planar、FinFET、GAA 的技術差别
GAA 正是比 FinFET 更進了一步。由于栅極變小失去了 " 包裹性 "，芯片廠商們索性把漏極和源極又換了個形态，變成了一根根納米片小棍子，垂直穿過栅極——這樣，小栅極也能全面包裹栅極、漏極，保證電子不再逸散。
此外，三星還曾經提出了豎向構建的 "VTFET" 方式，和此前平着放的芯片不一樣，這種設計思路下的晶體管是垂直構造的，但這些都還在試驗階段。
當然，2nm 的技術挑戰不僅于此，除了 GAA 技術之外，另一項技術也相當關鍵。随着半導體工藝微縮路線不斷地向前發展，集成電路内電路與電路間的距離也不斷縮窄，也會對彼此產生幹擾。而為了納米片電晶體管提供足夠的電能，避免漏電損耗，台積電、三星、英特爾的 2nm 制程，紛紛用上了背面配電線路技術。
随着芯片向 2nm 以下攀登，各類技術創新閃爍。只是，目前看來 2nm 的投入產出比并不高——當芯片向 2nm 以下的制程攀登，投入呈指數級态勢狂奔，僅僅購入一台光刻機就要幾十億的投入，芯片設計的成本更是高達 50 億元以上。
但從更長遠的角度，2nm 制程的突破，意義深遠。
少數者的遊戲
2nm 未來主要應用在數據中心，作用在于，能夠讓伺服器性能大幅度提升的同時，降低功耗，" 既要又要 " 不再是可能。
尤其是，今年以來大模型初步讓行業窺探到智能湧現的魅力，未來要讓巨大參數底座的 AI 大模型落地到千行百業，行業還需要有更強有力的算力來支撐——這也解釋了，為什麼英偉達如今幾乎是 2nm 及其以下先進制程的最狂熱簇擁者之一。
而英偉達不僅是簡單的 " 用 " 芯片，成為台積電 2nm 工藝的首批吃螃蟹的人，還在入局光刻領網域。此前有消息稱，英偉達與台積電、ASML、新思科技秘密準備了 4 年，推出了用于計算光刻的軟體庫 "cuLitho"，将計算光刻速率加速了 40 倍以上。
台積電 圖源 BLOOMBERG NEWS
不僅僅是想象空間巨大的 HPC，2nm 芯片在手機、自動駕駛、汽車等領網域也有非常廣泛的應用。以為手機為例，相比于 7nm 芯片，2nm 芯片的速度提高了 45%，能效更是提高了 75%。三星曾經提過一個激進的設想，未來的手機将可能是 " 充一次電用一周 " 的時代。
只是如今，先進制程的競争，早已經不是一場技術戰那麼簡單了。最近十年 " 摩爾定律 " 的攀登已經提示：一場殘酷的芯片淘汰賽拉開了帷幕。
14nm 算是第一個檻，叱咤風雲的聯合電子便就止步于此，不再往先進制程進發；
随後的 10nm、7nm 分别是下一個分水嶺，美系芯片廠商紛紛在此滑鐵盧——代工大廠格芯就此止步，英特爾也差點迷失，而後又奮起直追；
到了 5nm 以下的時代，牌桌上，僅剩下三星、台積電、英特爾還有資格比拼，這又分别代表着三股大勢力的決鬥。
一些全新力量試圖卷土重來。
在半導體行業掉隊許久的日本，為了找回曾經的輝煌，此前集合了索尼、豐田等 8 家日本科技公司，成立了半導體公司 Rapidus。這家公司計劃在 2025 年推出 2nm 工藝、2029 年推出 1nm 工藝。
不過，零基礎幾乎不可能完成這項任務，他們還找來了 IBM 做背書，借助 IBM 此前在 2nm 的技術沉澱來研發。
歐洲這邊，由于過去那麼多年在芯片制造上躺平，已經沒有了參與競争的先頭部隊，但勝在有錢。此前 19 個歐盟成員國共同聲明，要以加強歐洲開發下一代處理器和半導體的能力進行合作，全面衝刺 2nm。歐洲方面此前還邀請了英特爾，在歐洲建了一個 800 億的先進制程工廠，曲線加入戰争。
2nm 以下芯片制程的競争，考驗着廠商的資金實力、人力、技術整合能力、供應鏈優勢等等。
這是一場少數者的遊戲。
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