2025年的旗舰手机，都没有搭载2nm芯片。iPhone 17的A19和A19 Pro系列芯片采用台积电N3P工艺，即将亮相的联发科天玑9500、高通第五代骁龙8至尊版，也将采用该工艺。在没有意外的时候，联发科创造了一个意外。日前，联发科官宣2nm芯片（天玑9600）完成设计流片，成为首批采用该技术的公司之一，预计明年底量产。值得注意的是，他们在量产前整整一年就公布了这一进程，这个提前量确实非同寻常。按主要手机厂商新品发布的时间推算，到2026年底，除了2nm的天玑9600，苹果A20系列、高通第六代骁龙8至尊版以及三星Exynos 2600，都将导入2nm工艺。可以确定，2nm的“热战”将在2026年集中开打，只是台积电、三星为2nm预热多年，为什么苹果iPhone 17的A19芯片没用上？今年的“2nm战争”又为何没打起来？ “做梦也没想到，2nm需求比3nm还多”2024年10月17日的业绩会上，台积电总裁魏哲家谈及2nm的需求，用了两句话：“很多很多” 、“做梦都没想到需求比3nm还多”。这里有一个问题：台积电今年4月1日才接受2nm订单，下半年才开启量产，为什么2024年10月份魏哲家就能预知2nm的需求？“台积电有非常顶尖的市场研究团队，他们可以统合全球各行各业的需求，包括来自英伟达、特斯拉、AMD等等的需求，”前台积电建厂工程师吴梓豪说，“建一个代工厂大概需要4年，这涉及到产能的建设规划，作为苹果、英伟达这样的fabless（无厂芯片设计公司）肯定要报订单预测。”吴梓豪也透露，站在fabless的角度，不仅要提前流片，做研发也要对接晶圆厂提供的平台和技术，这些也都是需求信息的来源。此外，晶圆代工协议中的产能预测条款，会要求客户向晶圆厂提供合理的订单预测，以便于代工厂进行合理的产能调度，也能部分反映fabless的需求状态。根据TrendForce的数据，包括苹果、AMD、英伟达、联发科等都已预订了台积电2nm的产能，相当一部分都是台积电前十大客户，其中苹果2024年更是25.18%的营收贡献，成为台积电最大客户。上述客户中，联发科的量产时间已经宣布，而按照手机厂商的发布会安排，基本确认苹果会率先拿到台积电2nm产能，AMD则在4月份台积电刚刚释放产能时就宣布，在代码名为“Venice”的下一代霄龙数据中心处理器上导入2nm工艺。而对于英伟达来说，Rubin已经采用3nm，Rubin Ultra为四颗GPU Die合封（四颗晶粒集成到同一个封装），封装尺寸也不能再扩大，所以也会导入2nm。一位业内人士透露，比特大陆也是台积电2nm工艺的客户，有可能还会成为全球首发台积电2nm的fabless，“矿机ASIC相对容易（制造），先导入新节点还可以练练手，比特大陆有可能赶下半年出货。”相比台积电，有关三星2nm客户的信息较少，除了自家Exynos 2600会抢到“全球首颗2nm芯片”标签外，业内传闻高通有可能在2nm节点上重回三星怀抱。客户需求史无前例的多，本质上还是3nm向2nm的跨越所带来的性能提升。台积电早期披露过N2节点的参数——对比第一代N3E，晶体管密度增加15％，同等功耗下性能提升10%～15％，同等性能下功耗降低25%～30％。联发科“抢跑”2nm的新闻稿中，也基本佐证了上述数据的合理性。联发科表示，台积电的增强版2nm制程技术与现有的N3E制程相比，逻辑密度增加1.2倍，在相同功耗下性能提升高达18%，并能在相同速度下功耗减少约36%。一句话总结，2nm带来的性能提升，让主要fabless在这一节点上都跃跃欲试，但主要厂商的量产时间基本都在2026年。台积电“掉链子”2025年旗舰手机芯片上不了2nm，还是因为台积电“掉链子”。按台积电规划，2nm原定2025年年中开产能，目前节奏都在预期之中，只是手机客户如果想在2025年量产2nm芯片，预留的时间窗口太少。“流片(tape out)到回片需要几个月，回片后再进行功能、性能调试，一般性能都要调几个月。”一位芯片设计从业者说。也就是说，即便苹果这样的大客户在2024年底完成A20芯片的流片和测试，也要等到今年6月份才能投片量产，无法赶上iPhone 17的备货节奏，毕竟富士康的组装线也要跑起来。良率也是手机厂商今年不追2nm的另一个因素，只是这个影响不及量产节奏的因素大，且不同fabless敏感程度也有差异。3nm节点上，早期良率仅有60%左右，后期N3E和N3P才逐步爬坡至80%以上，2nm这个节点上同样会走一遍这样的过程。“（2nm）产品导入的良率可能都超过了70%，慢慢爬升，明年到80%的水平。”前述业内人士预估。早期良率低，价格也相对高，那些对价格敏感的客户就会将量产规划在良率爬升后，并且采用“晶圆交付”(wafer buy)的模式，否则量产越多亏损就越多，但价格因素不是绝对的拦路虎。以苹果为例，其与台积电签订的是“成品交付”（finished goods buy）协议，只为良品芯片付款，只要不是极低的良率，价格不会成为决定性因素，但在这个问题上，天风证券分析师郭明錤有另外一种看法，他认为苹果虽然采购成品芯片，但采购成本实际上已经将不良芯片的成本包含在内。“最好的证据是，新款 iPhone 使用的新处理器的成本每年都会大幅增加，今年的A17也不例外。”郭明錤说。晶圆代工战争海外晶圆厂目前都在攻关2nm量产，但在节点命名上略有差异，包括N2、20A、SF2、2nm等等，但各家“默契”地采用了全新的GAA晶体管架构，并在后续迭代上不约而同地规划采用背面供电技术。额外说一句：背面供电可以将电源连线和信号连线分开，转移至集成电路背面，降低电阻，提升晶体管密度，提高性能。量产节奏上，三星、台积电等基本都在按时间表推进，反而原本最激进的英特尔，计划2024年底就开放2nm产能，但由于技术挑战、管理层变动等多重因素，最终取消了2nm（20A）工艺，并暂停18A（1.8nm）开发，全力冲刺14A（1.4nm）工艺。具体的产能方面，据TrendForce透露，明年台积电预计有四座2nm晶圆厂满负荷运转，总月产能将达到6万片晶圆。前述业内人士则表示，“新竹科学园的Fab 20月产能至少6万片，高雄的Fab 22预计月产能3万片，明年2nm月产能至少9万片～12万片。”而关于三星的产能，4月份TrendForce曾援引首尔经济日报（SEDaily）的数据，称其2nm的月产能为7000片晶圆。2025年是2nm开产能的关键点，但这场晶圆代工战争可以往前倒推数年。2021年10月，三星就在年度代工大会上宣布启动2nm研发，并公布了相关的时间表、技术路线，而台积电更早，2019年6月就对外官宣进入研发阶段，其曾在全球技术论坛上透露，计划建立一条全新的2nm研发线，投入超过8000名工程师。整体看，主流晶圆厂2nm节点的研发用时在4～6年之间。在这一阶段，晶圆厂每年在研发上的资本开支普遍超过10亿美元，台积电更是在2022年冲到了36亿美元。巨额的研发投入不仅体现在技术方案上，也体现在研发设备的争抢之上，最典型的就是对ASML高数值孔径（High NA）EUV的争抢。2022年，三星通过李在镕访问ASML，意图争夺先进光刻机设备，但最终全球首台单价接近4亿美元的高数值孔径EUV于2023年底被英特尔拿下，2024年英特尔再度接收了一台同型号光刻机。相比英特尔和三星，台积电在最顶尖设备的争抢上表现的比较保守，一度对ASML高管访问台积电对接先进光刻机一事不为所动，但在对手们争先抢购的背景下，魏哲家2024年也曾访问过ASML，传闻获得了ASML“搭售优惠套餐”——高数值孔径EUV给价格优惠，但要搭售部分老型号。台积电研发副总张晓强多次表态高数值孔径EUV太贵，“只要我们继续找到替代方案，就没有必要用这台昂贵的设备。”摩尔定律已死？过去几年，业内一直在讨论摩尔定律已死的话题。摩尔定律源自英特尔已故创始人戈登·摩尔。1965年，戈登·摩尔在《电子学》杂志发表文章，预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。10年后的1975年，摩尔对自己的观点做了修正，把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”。自此之后的半个世纪，晶体管数量都遵循这一定律，直到7nm节点开始，时间从24个月延长到30个月。7nm、5nm、3nm和2nm量产时间分别为2018年、2020年、2023年、2025年，平均都在30～36个月之间。业内普遍认为，未来1nm往后的节点，大概率拉长到40个月以上。节奏拉长，直接会导致fabless的多代产品停留在一个大节点上。以苹果的A系列为例，过去基本两年一个节点，比如A14B和A15B这两代都是5nm，但A17 Pro、A18和A19，3nm节点停留了3年。那接下来在2nm的制程上，会停留多久呢？按照台积电的规划，2nm节点有N2、N2P、N2X和升级版的A16（1.6nm）四个迭代，算上第二代GAA架构的A14（1.4nm）工艺，分别对应苹果的A20、A21、A22、A23四代芯片。然后，2030年导入1nm工艺，量产A24系列芯片。这意味着，从现在开始算起，从2nm时代跨越到1nm时代，至少要再等5年。当然，节点升级主要对应名称和线宽升级，不代表晶体管数量不会提升，比如3nm上本身就做了多个迭代，从N3、N3E、N3P等，每一代晶体管数量仍然有大幅度的提升。TechNews此前做过统计，N3E相比于N3，同性能下功耗降低32%，同功耗下性能提升15%，N3P相比N3E，同性能下功耗下降5%～10%，同功耗下性能提升了5%。大致可以推算，同性能下，N3P功耗比N3降低约 20%～ 27%，同功耗下N3P性能比N3提升约26%～36%。从这个维度来看，摩尔定律仍然有效。而且可以确定的是，未来晶体管的数量会不断地提升，只是这种提升不单纯依赖工艺制程变化，也会重点依赖材料、封装技术。2024年4月份，前台积电董事长刘德音、台积电首席科学家黄汉森共同署名发表了一篇题为《How We’ll Reach a 1 Trillion Transistor GPU》（我们将如何打造1万亿晶体管的GPU），里面有一句话写道：“过去 50 年来，半导体技术的发展就像走在隧道里一样。前面的路很清晰，因为有一条明确的道路。每个人都知道需要做什么：缩小晶体管。 现在，我们已经到达隧道的尽头。从这里开始，半导体技术将变得更加难以发展。然而，在隧道之外，还有更多的可能性。我们不再受过去的束缚。”
