新智元報(bào)道

編輯：元宇

【新智元導(dǎo)讀】臺(tái)積電悄悄按下了「2nm」量產(chǎn)啟動(dòng)鍵，標(biāo)志著先進(jìn)芯片制程正式邁入2nm時(shí)代，拉開(kāi)了新一輪半導(dǎo)體技術(shù)競(jìng)賽的序幕。

臺(tái)積電2nm制程芯片已投入量產(chǎn)！

沒(méi)有盛大的產(chǎn)品發(fā)布，只是在官網(wǎng)的技術(shù)介紹頁(yè)面上低調(diào)提了一句：

臺(tái)積電2nm（N2）技術(shù)已按計(jì)劃于2025年第四季度投入量產(chǎn)。

簡(jiǎn)單的一句話，背后是半導(dǎo)體技術(shù)物理極限的一次重大突破，標(biāo)志著臺(tái)積電2nm級(jí)制程進(jìn)入量產(chǎn)階段，全球科技邁入了2nm芯片的新時(shí)代。

據(jù)臺(tái)積電官方介紹，其N(xiāo)2技術(shù)采用了第一代納米片晶體管（nanosheet transistor）技術(shù)。

與已經(jīng)非常優(yōu)秀的N3E工藝相比，N2技術(shù)在性能與功耗方面實(shí)現(xiàn)了全節(jié)點(diǎn)的顯著提升：

• 在同樣功耗下，性能（速度）提升10%–15%。

• 在同樣速度下，功耗降低25%–30%。

這意味著我們手中的智能手機(jī)、驅(qū)動(dòng)AI世界的龐大算力、以及未來(lái)一切智能設(shè)備，都即將迎來(lái)一場(chǎng)性能革命。

位于臺(tái)灣高雄的晶圓二十二廠（Fab 22）是臺(tái)積電2nm制程的生產(chǎn)基地

此前臺(tái)積電已多次表示N2芯片將于2025年第四季度按計(jì)劃進(jìn)入量產(chǎn)階段，此舉也意味著該項(xiàng)計(jì)劃現(xiàn)已兌現(xiàn)。

由「鰭」到「片」

突破3nm極限

一切變革，都始于最微觀的結(jié)構(gòu)。

過(guò)去十年，從22nm到3nm，芯片行業(yè)一直依賴著一項(xiàng)名為「鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管」（FinFET）的關(guān)鍵技術(shù)。

你可以把它想象成一棟棟豎起來(lái)的「小鰭」，電流就像在這些鰭片構(gòu)成的通道里穿行，而柵極（Gate）從三面包裹著它，像一只手一樣控制著電流的通斷。

這個(gè)結(jié)構(gòu)非常成功，曾支撐了摩爾定律的指數(shù)級(jí)迭代。

但當(dāng)工藝逼近3nm，物理極限的墻壁也隨之而來(lái)：

「小鰭」變得越來(lái)越薄，漏電現(xiàn)象就像一個(gè)無(wú)法堵住的窟窿，讓功耗與性能的平衡也越來(lái)越難以為繼。

臺(tái)積電的N2工藝采用了一項(xiàng)全新的革命性技術(shù)——環(huán)柵（Gate-All-Around,GAA）納米片晶體管（nanosheet transistor）。

如果說(shuō)FinFET是柵極從「三面」控制電流，而GAA納米片晶體管的柵極可以將整個(gè)電流通道「四面」完全包裹起來(lái)。

該結(jié)構(gòu)將原來(lái)的電流通道由豎立的「鰭」變成了水平堆疊的「納米片」，柵極可以從四面「360度無(wú)死角擁抱」通道，好處也是顯而易見(jiàn)。

首先，它降低了功耗。

由于改善了靜電控制，可以更精準(zhǔn)地命令數(shù)以億計(jì)的晶體管「開(kāi)啟」或「關(guān)閉」，大大減少了漏電，從而在根本上降低了功耗。

其次，單位空間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的性能。

這種堆疊的納米片結(jié)構(gòu)，讓工程師們可以在同樣的空間里，塞下更多的晶體管，最終提高晶體管密度。

相對(duì)于純邏輯電路的設(shè)計(jì)，N2P（N2系列的延伸）工藝的晶體管密度比前代N3E提升了約20%。

這表明芯片可以變得更小，或者在同樣大小下，集成更強(qiáng)大的功能。

此外，N2還在供電網(wǎng)絡(luò)中增加了超高性能金屬-絕緣體-金屬(Super-High-Performance Metal-Insulator-Metal,SHPMIM)電容器。

據(jù)臺(tái)積電公開(kāi)資料及媒體轉(zhuǎn)述，SHPMIM相對(duì)前代電容容量密度提升逾2倍，Rs/Rc降低約50%，從而提高了功率穩(wěn)定性、性能和整體能源效率。

GAA納米片晶體管負(fù)責(zé)從源頭「節(jié)流」，SHPMIM電容器負(fù)責(zé)為性能「開(kāi)源」，兩者結(jié)合，共同成就了N2工藝在性能與功耗上的雙重飛躍。

雄心勃勃的量產(chǎn)藍(lán)圖

雙線作戰(zhàn)，劍指AI與未來(lái)

臺(tái)積電將N2工藝的量產(chǎn)地選在了位于臺(tái)灣高雄的全新工廠——晶圓二十二廠（Fab 22），以及緊鄰其位于臺(tái)灣新竹全球研發(fā)中心的晶圓二十廠(Fab 20)。

兩地并行擴(kuò)產(chǎn)，展現(xiàn)出臺(tái)積電在先進(jìn)制程芯片上的激進(jìn)布局。

通常，一項(xiàng)新工藝的產(chǎn)能爬坡，會(huì)先從技術(shù)相對(duì)成熟、尺寸較小的移動(dòng)芯片開(kāi)始，一步步摸索，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

但這一次，臺(tái)積電選擇了在高雄和新竹兩座全新的晶圓廠擴(kuò)充先進(jìn)制程產(chǎn)能。

這些先進(jìn)制程芯片很可能服務(wù)于高端智能手機(jī)、高性能計(jì)算（AI/HPC）等多個(gè)領(lǐng)域。

這是一次罕見(jiàn)的「雙線作戰(zhàn)」。

一邊是蘋(píng)果等巨頭每年需求量數(shù)以億計(jì)的手機(jī)芯片，另一邊是英偉達(dá)等客戶設(shè)計(jì)的、尺寸巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的AI和服務(wù)器芯片。

同時(shí)駕馭這兩種截然不同、且都對(duì)良率要求極為苛刻的產(chǎn)品線，其難度也將呈指數(shù)級(jí)增加。

臺(tái)積電CEO魏哲家在十月份的財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示：

「N2進(jìn)展順利，將于本季度晚些時(shí)候進(jìn)入量產(chǎn)，且良率良好。我們預(yù)計(jì)在智能手機(jī)和高性能計(jì)算(HPC)、AI應(yīng)用的推動(dòng)下，2026年將實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)能爬坡?！?/p>

支撐臺(tái)積電這份自信的，是其背后排起長(zhǎng)隊(duì)的客戶。

據(jù)市場(chǎng)普遍預(yù)期，N2將首先覆蓋高端手機(jī)與HPC/AI等需求。

從蘋(píng)果的下一代iPhone、Mac芯片，到英偉達(dá)、AMD的未來(lái)AI加速器，幾乎所有頂尖科技巨頭都對(duì)N2工藝表現(xiàn)出了「濃厚興趣」，同時(shí)開(kāi)啟兩座晶圓廠的產(chǎn)能也就勢(shì)在必行了。

這盤(pán)大棋背后也透露了臺(tái)積電對(duì)未來(lái)市場(chǎng)格局的精準(zhǔn)布局：

智能手機(jī)是基本盤(pán)，而AI與HPC，則是它未來(lái)十年最大的增長(zhǎng)引擎。

從N2P到A16

決勝未來(lái)十年的終局之戰(zhàn)

魏哲家表示，臺(tái)積電將在持續(xù)增強(qiáng)的戰(zhàn)略下，推出N2P作為N2家族的延伸。

N2P在N2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了性能和功耗表現(xiàn)，計(jì)劃于2026年下半年起進(jìn)行量產(chǎn)。

A16是臺(tái)積電面向HPC/AI的下一步先進(jìn)制程（與N2家族在架構(gòu)與生態(tài)上緊密相關(guān)）。

它采用了超級(jí)電軌(Super Power Rail)背面供電技術(shù)，主要針對(duì)復(fù)雜的人工智能和高性能計(jì)算處理器，同樣計(jì)劃2026下半年起實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

從N2的架構(gòu)革命，到N2P的持續(xù)優(yōu)化，再到A16引入的背面供電技術(shù)，臺(tái)積電的技術(shù)路線圖已經(jīng)清晰，而其N(xiāo)2工藝進(jìn)入量產(chǎn)，無(wú)疑是半導(dǎo)體行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

它標(biāo)志著被譽(yù)為「后摩爾定律時(shí)代」最關(guān)鍵技術(shù)之一的環(huán)柵（GAA）納米片晶體管架構(gòu)，已由行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者成功導(dǎo)入大規(guī)模生產(chǎn)。

這不僅鞏固了臺(tái)積電在先進(jìn)工藝制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也為全球依賴高性能計(jì)算的產(chǎn)業(yè)，從消費(fèi)電子到人工智能，提供了下一階段發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

但領(lǐng)導(dǎo)這場(chǎng)先進(jìn)制程半導(dǎo)體競(jìng)賽的并非臺(tái)積電一家巨頭。

當(dāng)臺(tái)積電邁入2nm（N2）門(mén)檻時(shí)，其主要競(jìng)爭(zhēng)者——三星與英特爾等也在同步推進(jìn)新一代晶體管技術(shù)。

2022年6月，三星宣布采用GAA架構(gòu)成功量產(chǎn)3納米制程芯片

早在臺(tái)積電之前，2022年6月，三星宣布已在其3nm制程中率先將GAA（環(huán)柵）晶體管架構(gòu)投入量產(chǎn)，成為全球首家在先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)GAA商用的晶圓廠。

這一「搶跑」也體現(xiàn)了三星在尖端制程競(jìng)爭(zhēng)上的技術(shù)實(shí)力與戰(zhàn)略決心。

與此同時(shí)，英特爾正在其Intel 18A節(jié)點(diǎn)中引入RibbonFET（GAA晶體管）與PowerVia（背面供電）兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

據(jù)報(bào)道，該節(jié)點(diǎn)已于2025年進(jìn)入早期生產(chǎn)階段，并預(yù)計(jì)在2026年逐步擴(kuò)大產(chǎn)能、實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。

2025年10月，英特爾CEO陳立武在亞利桑那州Ocotillo園區(qū)親自展示了代號(hào)為Panther Lake的Intel Core Ultra系列3處理器晶圓，這也是英特爾首次公開(kāi)展示基于18A（1.8nm級(jí)）工藝節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)的客戶端芯片。

英特爾18A與臺(tái)積電N2雖同屬GAA世代，但前者更激進(jìn)，后者更穩(wěn)健。

英特爾以「RibbonFET+PowerVia」的組合推進(jìn)性能與供電架構(gòu)革新，率先應(yīng)用于高復(fù)雜度CPU，試圖在下一代制程競(jìng)賽中先發(fā)制人。

而臺(tái)積電則是先用N2實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)服務(wù)于大規(guī)?？蛻?，而將進(jìn)一步的技術(shù)突破放到N2P/A16等后續(xù)節(jié)點(diǎn)。

此次臺(tái)積電N2節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)，更像是正式拉開(kāi)了后FinFET時(shí)代、以GAA為核心的新一輪先進(jìn)制程技術(shù)競(jìng)賽的序幕。

參考資料：

https://www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/tsmc-begins-quietly-volume-production-of-2nm-class-chips-first-gaa-transistor-for-tsmc-claims-up-to-15-percent-improvement-at-iso-power

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