英特爾拿到首臺2nm光刻機 重回領(lǐng)先地位？

12月21日，荷蘭光刻機巨頭ASML通過(guò)社交媒體宣布，其首套高數值孔徑極紫外（High-NA EUV）光刻機正從荷蘭Veldhoven總部開(kāi)始裝車(chē)發(fā)貨，將向英特爾進(jìn)行交付。

據了解，高數值孔徑極紫外光刻機成本高達3-4億美元，組裝起來(lái)比卡車(chē)還大，被分裝在250個(gè)單獨的板條箱中進(jìn)行運輸，共計需要13個(gè)大型集裝箱?？紤]到交貨時(shí)間和后續安裝，真正投入使用還需要數月時(shí)間。

數值孔徑（NA）是光刻機光學(xué)系統的重要指標，直接決定了光刻的實(shí)際分辨率和最高能達到的工藝節點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，金屬間距縮小到30nm以下之后，也就是對應的工藝節點(diǎn)超越5nm，低數值孔徑光刻機的分辨率就不夠了，只能使用EUV雙重曝光和/或曝光成形（pattern shaping）技術(shù)來(lái)輔助，不但會(huì )大大增加成本，還會(huì )降低良品率。因此，更高數值孔徑成為必需。

ASML的高數值孔徑極紫外光刻機，將NA值從0.33增加到0.55（所謂的“High-NA”），更強的聚光能力，意味著(zhù)能夠處理更加精細的幾何尺寸，同時(shí)這也是繼續推進(jìn)半導體制程進(jìn)化的路線(xiàn)之一。

在當前芯片代工領(lǐng)域，制程工藝依然是各大代工廠(chǎng)最大的核心競爭力。隨著(zhù)蘋(píng)果今年已經(jīng)用上臺積電3nm制程的芯片，對于處于落后位置的三星和英特爾而言，2nm自然就成為爭奪市場(chǎng)領(lǐng)先地位的下一個(gè)目標。為了實(shí)現下一階段的工藝制程跨越，阿斯麥TWINSCAN EXE:5000/5200光刻機的上市就成為某種意義上的“破局時(shí)刻”。根據規劃，英特爾將在2024年上半年量產(chǎn)Intel 20A制程，下半年將量產(chǎn)更先進(jìn)的Intel 18A制程；而臺積電、三星都計劃將在2025年量產(chǎn)2nm制程。

英特爾瞄準2nm逆轉時(shí)刻

自英特爾提出IDM2.0戰略以來(lái)，其路線(xiàn)圖目標很明確，著(zhù)力向“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”邁進(jìn)，希望在2025年重新奪回半導體生產(chǎn)領(lǐng)導者地位。其中Intel 20A和Intel 18A分別對應2nm和1.8nm制程，英特爾對此寄予厚望，宣布Intel 20A計劃于2024年上半年投入使用，進(jìn)展良好的Intel 18A也將提前至2024年下半年進(jìn)入大批量制造，在進(jìn)度上誓要先發(fā)制人。

英特爾CEO帕特·基辛格在Intel Innovation Day論壇上透露，Intel 18A制程目前有許多測試晶圓正在生產(chǎn)中，這一技術(shù)已經(jīng)研發(fā)完成，正加速進(jìn)入生產(chǎn)階段。其實(shí)英特爾最初就計劃利用新光刻機投產(chǎn)Intel 18A工藝，早在2022年1月，英特爾便搶先向阿斯麥下定TWINSCAN EXE:5200，直接將下一代光刻機上市作為“超車(chē)”的沖鋒號，但因為時(shí)間上等不及，只能改用已有的0.33 NA NXE:3600D/3800E疊加雙重曝光。

集邦咨詢(xún)的報告顯示，ASML阿斯麥將在2024年生產(chǎn)10臺新一代High-NA EUV光刻機，其中英特爾就定了多達6臺。因High-NA EUV光刻機與標準EUV光刻機差異不小，提升使用經(jīng)驗需要大量時(shí)間修正基礎設施，所以領(lǐng)先對手幾季部署對英特爾而言是很大的優(yōu)勢。另外，在技術(shù)水平上，英特爾也有自己獨特優(yōu)勢，Intel 20A/18A將會(huì )首發(fā)兩大突破性技術(shù)：RibbonFET和PowerVia。

RibbonFET是英特爾對Gate All Around晶體管的實(shí)現，類(lèi)似多片納米片堆疊在一起，這樣不僅能夠縮小尺寸，而且柵極能夠更好地控制電流的流通，同時(shí)在任意電壓下提供更強的驅動(dòng)電流，讓晶體管開(kāi)關(guān)的速度更快，從而提升晶體管的性能；而PowerVia則是英特爾獨有的、業(yè)界首個(gè)背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)消除晶圓正面供電布線(xiàn)需求來(lái)優(yōu)化信號傳輸。英特爾通過(guò)兩大技術(shù)的“聯(lián)合”將可能是新的FinFET時(shí)刻 —— 參考英特爾2012年在22nm引入FinFET的榮光。

英特爾稱(chēng)Intel 18A制程不會(huì )僅供內部使用，未來(lái)還會(huì )對外部客戶(hù)代工。此前基辛格于10月末透露，Intel 18A制程已于Q3敲定了三家晶圓代工客戶(hù)，預計年底有望簽下第四家。

英特爾還向芯片設計公司提供免費測試生產(chǎn)的優(yōu)惠，以吸引更多的訂單。英特爾曾經(jīng)是芯片制造業(yè)的領(lǐng)導者，但近年來(lái)在技術(shù)上落后于臺積電和三星，導致其在PC和服務(wù)器市場(chǎng)上失去了部分市場(chǎng)份額。英特爾希望通過(guò)Intel 18A芯片重振旗鼓，向其他芯片設計公司提供代工服務(wù)，以擴大其業(yè)務(wù)范圍。

業(yè)界推測，接下來(lái)英特爾或將打破當下臺積電獨家代工英偉達高性能AI芯片的狀況。英偉達首席財務(wù)官柯蕾絲（Colette Kress）近日在參加瑞銀全球科技大會(huì )時(shí)暗示，英偉達不排除增加英特爾代工（IFS）作為其晶圓代工供應商，生產(chǎn)新一代芯片。

重回領(lǐng)先地位需要翻過(guò)兩座大山

無(wú)論是老牌勁旅臺積電、三星，還是誓言要重回先進(jìn)制程領(lǐng)先地位的英特爾，都將目光鎖定在了實(shí)現2nm首發(fā)。2nm不僅僅是下一代新制程，更是代工格局迎來(lái)重塑的拐點(diǎn)。只不過(guò)，誰(shuí)能折桂這一榮耀？

臺積電

多年來(lái)，臺積電一直是晶圓代工產(chǎn)業(yè)的半壁江山，手握英偉達、蘋(píng)果、高通等下游廠(chǎng)商多數訂單，甩了其他競爭對手幾個(gè)身位。作為行業(yè)老大，臺積電稱(chēng)將如期在2025年上線(xiàn)2nm工藝，2025年下半年進(jìn)入量產(chǎn)。據英國金融時(shí)報引述知情人士透露，臺積電已向蘋(píng)果和英偉達等重要客戶(hù)展示N2（即2nm）原型的制程工藝測試結果。在全球芯片大廠(chǎng)爭相發(fā)展2nm制程之際，臺積電再度勝出搶下蘋(píng)果訂單，預計2025年上市的iPhone 17 Pro將率先采用臺積電2nm芯片。

2nm可謂是臺積電的一個(gè)重大節點(diǎn)，將采用納米片晶體管（Nanosheet），取代FinFET，意味著(zhù)臺積電工藝正式進(jìn)入GAA時(shí)代。針對2nm制程所用設備，臺積電還將延續使用EUV光刻機。值得一提的是，臺積電于今年9月宣布收購將以不超4.328億美元的價(jià)格收購英特爾旗下子公司IMS，后者專(zhuān)注于研發(fā)和生產(chǎn)電子束光刻機，以確保關(guān)鍵設備的技術(shù)開(kāi)發(fā)，并滿(mǎn)足2nm商用化的供應需求。

三星

三星目前在先進(jìn)芯片的代工市場(chǎng)份額僅次于臺積電，是第一家開(kāi)始大規模生產(chǎn)3nm芯片的公司，計劃在2024年上半年進(jìn)入第二代3nm制程技術(shù)，在2025年年底前推出2nm制程，在2027年年底之前推出1.4nm制程。

同時(shí)，三星也是首家跨入并轉型環(huán)繞式柵極（GAA）晶體管架構的廠(chǎng)商，在3nm制程中率先采用GAA架構，在GAA用于先進(jìn)制程方面擁有了量產(chǎn)和磨合的先發(fā)優(yōu)勢，從3nm進(jìn)入2nm可能會(huì )相對流暢。此外，三星還開(kāi)發(fā)了MBCFET晶體管專(zhuān)利技術(shù)，為其2nm工藝競爭力再添籌碼。

有消息稱(chēng)三星已拿到了高通的訂單，高通下一代高端手機芯片采用三星SF2（2nm）制程生產(chǎn)；同時(shí)，三星針對將推出的2nm原型開(kāi)出折扣價(jià)，以吸引英偉達等客戶(hù)。針對三星在2nm制程采降價(jià)搶單的傳聞，臺積電董事長(cháng)劉德音向業(yè)界表示“客戶(hù)還是看技術(shù)的質(zhì)量”，透露出對臺積電先進(jìn)制程技術(shù)與良率優(yōu)勢的信心。

據悉，三星將在五年內從ASML采購50套設備，每套單價(jià)約為2000億韓元，總價(jià)值可達10萬(wàn)億韓元。此外，ASML于今年12月中旬與三星簽署備忘錄，將共同投資1萬(wàn)億韓元在韓國建立研究中心，并將利用下一代EUV光刻機研究先進(jìn)半導體制程技術(shù)。

不可忽視的變數：先進(jìn)封裝

2nm是工藝的決戰，也是先進(jìn)封裝的交鋒。先進(jìn)封裝與制程工藝可謂相輔相成，在提高芯片集成度、加強互聯(lián)、性能優(yōu)化的過(guò)程中扮演了重要角色，是性能持續提升的重要保障。對于在工藝節點(diǎn)時(shí)間上的爭奪，先進(jìn)封裝已成為三大巨頭“不可忽視”變數。

· 臺積電在先進(jìn)封裝上已獲得了可觀(guān)的收入體量，CoWoS的產(chǎn)能大增將十分有利于爭取2nm訂單，“兩手抓”也讓臺積電的護城河愈加深厚。在A(yíng)I產(chǎn)能需求持續升級之下，臺積電正積極擴充第六代2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)CoWoS產(chǎn)能，將投資約28億美元打造先進(jìn)封裝廠(chǎng)，預計2026年底建廠(chǎng)完成、2027年第三季開(kāi)始量產(chǎn)，月產(chǎn)能達11萬(wàn)片12英寸晶圓，涵蓋SoIC、InFO以及CoWoS等先進(jìn)封裝技術(shù)。

· 英特爾通過(guò)多年技術(shù)探索，相繼推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等多種先進(jìn)封裝技術(shù)，在互連密度、功率效率和可擴展性三個(gè)方面持續精進(jìn)。在今年5月，英特爾發(fā)布了先進(jìn)封裝技術(shù)藍圖，計劃將傳統基板轉為更為先進(jìn)的玻璃材質(zhì)基板，以實(shí)現新的超越；而且，英特爾也在布局硅光模塊中的CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)，以?xún)?yōu)化算力成本。

· 三星推出的I-Cube封裝技術(shù)可與臺積電CoWoS相抗衡。另外，三星計劃在2024年量產(chǎn)可處理比普通凸塊更多數據的X-Cube封裝技術(shù)，并預計2026年推出比X-Cube處理更多數據的無(wú)凸塊型封裝技術(shù)。擁有從存儲器、處理器芯片的設計、制造到先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)組合的優(yōu)勢。

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，目前更加強調的是異構芯片的整合能力，這對于提高芯片性能和效能至關(guān)重要。因而，未來(lái)2nm性能的比拼也將圍繞先進(jìn)封裝這一能力展開(kāi)。

盡管2nm技術(shù)進(jìn)階的路徑基本相同，巨頭們各有伯仲，但考驗絕不止首發(fā)那么簡(jiǎn)單，良率、客戶(hù)粘性和服務(wù)均將影響2nm量產(chǎn)的進(jìn)程。其中，良率可謂至關(guān)重要，畢竟2nm制程晶圓代工報價(jià)約為24570美元，成本如此之高的情況下低良率是沒(méi)有出路的。

而影響良率的因素繁多，涉及工藝優(yōu)化、設計水平、經(jīng)驗等等。在良率能夠不斷優(yōu)化提升的前提條件下，如果某家廠(chǎng)商的良率能夠達到高于競爭對手一個(gè)數量級，那么有可能客戶(hù)在A(yíng)家下的單就會(huì )轉至B家，變數還是很大的。

2nm芯片的競爭不僅是技術(shù)上的挑戰，也是商業(yè)上的博弈。各大芯片制造商都在尋求與客戶(hù)建立長(cháng)期的合作關(guān)系，以確保其未來(lái)的收入和利潤。同時(shí)，客戶(hù)也在尋求多元化的供應商，以降低對單一芯片制造商的依賴(lài)，以應對全球芯片短缺的危機。

2nm的代工格局走向究竟如何，要看各廠(chǎng)商的“言之鑿鑿”到底有多少落到實(shí)處了。如果一切進(jìn)度都按照披露的時(shí)間線(xiàn)走，那么英特爾還是具有較大的優(yōu)勢，很有可能可以重回領(lǐng)先地位。當然了，這些都是“紙上數據”，均是自說(shuō)自話(huà)，實(shí)際還要等到各家的工藝量產(chǎn)后才知道。針對2nm制程的爭奪答案將于2025年揭曉，誰(shuí)能笑到最后，還有待時(shí)間的檢驗。

根據目前的評估，臺積電與三星將繼續是2nm制程的主要代工廠(chǎng)商，因為他們在此前先進(jìn)制程的良率和量產(chǎn)規模方面表現出色。英特爾在技術(shù)研發(fā)方面雖具有一定的優(yōu)勢，但其晶圓代工主要專(zhuān)注于自家產(chǎn)品，對外部客戶(hù)的合作較為有限，這對突破先進(jìn)制程的良率和量產(chǎn)穩定性帶來(lái)了挑戰。對于2nm以下先進(jìn)制程的競爭中，雖然研發(fā)最終成果還未具體披露，但從搶單、購買(mǎi)先進(jìn)設備等動(dòng)作也可見(jiàn)，各大廠(chǎng)已經(jīng)在為埃米時(shí)代未雨綢繆。