備受期待的3nm工藝已經(jīng)逐漸撥開了前期的迷霧。按照臺積電的說法，2023年下半年將開始貢獻營收，改版的N3E也將在同期實現(xiàn)量產(chǎn)。而且，臺積電也對3nm成為長壽節(jié)點非常有信心。

縱覽半導體發(fā)展歷史，能被稱為長壽節(jié)點的工藝屈指可數(shù)，28nm是最被人熟知的一個。但是，時代已經(jīng)發(fā)生變化，臺積電的3nm還能重現(xiàn)28nm的輝煌嗎？

N3的時代降臨

在三星搶跑半年之后，臺積電才于2022年末宣布正式量產(chǎn)3nm工藝，并罕見地舉辦了量產(chǎn)和擴產(chǎn)儀式。與三星激進地采用GAA工藝不同，臺積電的3nm還是留守在FinFET工藝上，不過引入了創(chuàng)新的FinFlex架構（允許芯片設計人員在一個模塊內(nèi)混合和匹配不同類型的FinFET）。按照官方宣傳，其比5nm工藝的邏輯密度增益增加60%，功耗降低30-35%。

盡管初期也有傳言稱N3工藝良率不足，導致除蘋果之外的廠商都暫緩投入該工藝。但后續(xù)報道和臺積電的法說會則完全打消了這種猜忌。臺積電在2023年Q1法說會上表示，N3工藝的需求來自手機與高性能計算，目前需求超過公司產(chǎn)能，營收貢獻節(jié)點將是第三季。同時，改進型的N3E工藝則于下半年量產(chǎn)，應用同樣來自手機與高性能計算，且無論N3還是N3E皆有不錯良率，使3納米家族流片數(shù)量達到5納米家族2倍。

臺積電總裁魏哲家也表示，N3和N3E都吸引了眾多客戶的參與，所以無懼產(chǎn)業(yè)庫存調(diào)整的影響，預計未來幾年都將保持強勁的需求。業(yè)內(nèi)分析師也指出，臺積電將今年的先進工藝資本支出中的大部分用在了3nm產(chǎn)能上（2021年和2022年的資本支出主要集中在擴大N5產(chǎn)能上），再結合蘋果已經(jīng)包下了90%產(chǎn)能，臺積電的3nm會成為公司的下一個長期撈金利器。

以賽亞調(diào)研認為，臺積電預計在第二季度達到滿載的稼動率，這意味著主要大客戶（如蘋果）產(chǎn)品的需求穩(wěn)定上升。除蘋果之外，2024年臺積電的主要客戶，如高通、聯(lián)發(fā)科、AMD等也計劃在3nm制程上推出新產(chǎn)品，并預計在2024年底前達到每月10萬片的產(chǎn)能。綜合來看，未來幾年內(nèi)3nm制程的產(chǎn)能持續(xù)提升，加之重點大客戶持續(xù)推出新產(chǎn)品，且稼動率保持滿載的情況下，3nm制程有望成為臺積電所期望的長期大量制程節(jié)點。

如果再考慮到2026年2nm工藝才開始普及，而3nm工藝是使用身經(jīng)百戰(zhàn)的FinFET的最后一個節(jié)點，在GAA并非是所有芯片剛需的條件下，其將在未來多年一直延續(xù)下去。

現(xiàn)在下結論還早？

“現(xiàn)在討論這個（3nm成為長壽節(jié)點）還過早，因為28nm是經(jīng)過了十幾年的考驗才被證明是一個長壽節(jié)點?！币晃恍袠I(yè)資深人士認為不可輕下結論。

3nm具備很多優(yōu)勢，如更高的集成度、更低的功耗、更好的性能等，可以應用在諸多前沿應用領域，如人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和高性能計算等。然而，制程節(jié)點的持久性不僅取決于技術優(yōu)勢，還取決于市場需求和行業(yè)競爭的發(fā)展，這從28nm的發(fā)展中就可以看出。

28nm采用高介電層/金屬柵極（High-k Metal Gate，HKMG）技術，是平面式技術世代中最高級別的制程。經(jīng)過多年的研發(fā)和實際應用，其已經(jīng)達到了相對成熟和穩(wěn)定的狀態(tài)，制程技術和設備已經(jīng)經(jīng)過充分的優(yōu)化和改進，生產(chǎn)效率較高，并且具備較好的可靠性和可重復性。

以賽亞調(diào)研指出，28nm制程節(jié)點是許多應用的甜蜜點，關鍵就在于成本，像ISP、OLED DDI、射頻、車用等產(chǎn)品主要都在28nm節(jié)點投片，如再往先進制程過渡就會面臨到成本上升的壓力。相比于更先進的制程節(jié)點，如10nm、7nm等，28nm制程具有更低的投資成本和生產(chǎn)成本。對于這些應用領域來說，使用28nm制程可以在合理的成本范圍內(nèi)提供良好的性能和功耗平衡，滿足市場需求。因此，28nm制程在多個應用領域具有廣泛的適用性，一些低功耗、成本敏感的應用也可以通過28nm制程得到滿足。

此外，對于一些設計團隊和制造商來說，遷移到更先進的制程節(jié)點可能需要更多的工程和資金投入，而28納米制程的兼容性較好，可以在不大幅度調(diào)整現(xiàn)有設計和流程的情況下實現(xiàn)遷移。

相對的成本優(yōu)勢和穩(wěn)定性是28nm成為長壽節(jié)點的關鍵，如果從這兩點來考慮，3nm同樣具有很大的潛力。半導體資深專家莫大康認為，“在3nm節(jié)點，現(xiàn)有EUV已到極限，個別工藝要用EUV的DP，而2nm則要用到高數(shù)值孔徑EUV及GAA，成本將大幅上升；而且，臺積電目前的成品率也不算很高，再走下去風險越來越大，可以預見成本會越來越高，能支持的產(chǎn)品已不多，所以3納米還是相對成熟的?！?/strong>

另一個關鍵就是市場的驅(qū)動。“長壽制程的因素包括了產(chǎn)品的應用、市場需求和普及速度，從面板驅(qū)動IC、網(wǎng)通Wi-Fi、CIS到毫米波雷達，都是因應需求而發(fā)展，28nm要占得先機也是經(jīng)過一段很長的等待期”，業(yè)內(nèi)資深人士指出，如果3nm要獲得發(fā)展機會，自動駕駛和高性能計算將是觸發(fā)市場的關鍵點。

以賽亞調(diào)研認為3nm制程有潛力成為高端產(chǎn)品的大量生產(chǎn)節(jié)點，如CPU、GPU、AP以及加密貨幣等，在高性能和高效能應用中為相關產(chǎn)業(yè)帶來創(chuàng)新與突破。

家族式作戰(zhàn)

3nm能成為長壽節(jié)點，還有一個因素就是“家族式作戰(zhàn)”。除了基礎的N3和改進的N3E之外，臺積電還為3nm節(jié)點預備了N3P和N3X工藝。

N3E是因為N3未能達到臺積電初期的性能、功率和產(chǎn)量目標而開發(fā)的。與N5相比，N3E的功耗（在相同的性能和復雜性下）將降低34%或性能提高18%（在相同的功耗和復雜性下），并將邏輯晶體管密度提高1.6倍，但該節(jié)點的邏輯密度略有降低。

N3P在保持與N3E 設計規(guī)則相容性的同時，提供額外的效能和面積優(yōu)勢，以最大程度地實現(xiàn)IP重復使用。N3P預計2024年下半年開始量產(chǎn)，可在相同漏電下，速度增快5%；在相同速度下，功耗降低5-10%，以及與N3E相比芯片密度增加4%。

專為HPC應用所設計的N3X，提供額外的最大震蕩頻率(Fmax)，以在適度漏電平衡下提高驅(qū)動效能(overdrive performance)。相較于N3P，N3X在驅(qū)動電壓 1.2V下，速度增快5%，并擁有相同的芯片密度提升幅度，預計于2025年進入量產(chǎn)。

為了搶占車用市場，精明的臺積電還推出了業(yè)界第一個基于3nm的Auto Early 技術 N3AE方案，提供以N3E為基礎的汽車制程設計套件，將有助縮短客戶產(chǎn)品上市時間2-3年。

圖 臺積電3nm工藝家族

推出家族系列工藝節(jié)點，一方面是滿足了細分市場的應用，一方面則是應對主工藝節(jié)點升級節(jié)奏越來越慢的挑戰(zhàn)。臺積電相信，當尖端芯片的開發(fā)將轉(zhuǎn)向2nm時，很多普通用戶還在未來會堅持使用各種N3技術。

不穩(wěn)定的因素

阻礙3nm成為長壽節(jié)點的因素也同樣存在。廠商之間的激烈競爭就是其一。

三星在先進工藝方面一直緊追臺積電，并大有趕超之勢。據(jù)韓國媒體報道，三星為2023年6月舉行的國際VLSI研討會準備的演講簡報顯示，第二代3nm制程芯片的運算速率比其4nm制程快22%，省電效率高34%，芯片尺寸則減少21%。而臺積電近期才公布，第二代3nm制程的效能比N5高18%、省電效率多32%。一般認為，臺積電N5制程與三星SF4制程相似。

有消息稱，高通明年的旗艦芯片驍龍8 Gen4將會引入三星作為第二代工廠，打破過去三代產(chǎn)品由臺積電獨家操刀的局面，引發(fā)3nm工藝的搶單大戰(zhàn)。臺積電和三星將分別采用N3E和第二代3納米GAA制程來生產(chǎn)驍龍8 Gen 4芯片。

兩個3nm工藝的對決，可以促進工藝的進步，但也可能提前耗盡該工藝的潛能，使得新工藝升級速度加快。

除了廠商競爭之外，相鄰工藝節(jié)點的競爭也有可能影響到3nm的壽命長短。目前最大競爭者就是臺積電自身的5nm工藝。自誕生后的4年后，5nm的制程效能提升高達17%、芯片密度增加 6%，并維持相同的設計規(guī)則相容性，以盡可能增加現(xiàn)有客戶設計的再利用。同時，5nm的升級版4nm工藝也將有更多的需求，而這些需求的增加同樣來自于人工智能、網(wǎng)絡和汽車芯片產(chǎn)品。

以賽亞調(diào)研認為，目前有相當多的產(chǎn)品應用都停留在5nm節(jié)點，如蘋果的A16和M2系列芯片、高通和聯(lián)發(fā)科的旗艦手機芯片，以及NVIDIA和AMD的GPU等。這些產(chǎn)品的需求量都相當可觀，并且穩(wěn)定地由臺積電進行生產(chǎn)，這表明5nm節(jié)點在當前市場上占據(jù)著重要地位，并且有著相對較長的生命周期。

還一個就是即將到來的2nm工藝。該節(jié)點預計在2025年進入量產(chǎn)階段，屆時是否會替代3nm成為長壽節(jié)點，仍要考慮之后制程技術發(fā)展，以及客戶產(chǎn)品需求等因素。“值得注意的是，過去的例子中，從28nm節(jié)點轉(zhuǎn)到12/16nm以下的節(jié)點時，是從Planar轉(zhuǎn)向FinFET，而現(xiàn)在從3nm到2nm的轉(zhuǎn)變也是從FinFET轉(zhuǎn)向GAA。因此，制程技術的演進可能會對節(jié)點的長壽性產(chǎn)生影響?！币再悂喺{(diào)研表示。

業(yè)內(nèi)資深人士也認為，“需要high NA EUV (0.55NA) 的N2是很昂貴的制程，客戶不一定現(xiàn)在買單，去庫存化需要時間而且N2的性能目前尚未得知；再者，N2對臺積電也是新制程(non FinFET)?！?/strong>

“同時，這也跟客戶想要推出更有競爭力產(chǎn)品的選擇有關，5nm的單位未來會轉(zhuǎn)移到3nm的機率還是很大的，2nm則還要觀察?！痹撊耸孔詈髲娬{(diào)。