臺(tái)積電目前被廣泛視為半導(dǎo)體技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。但是，這并不是通過(guò)做任何值得注意的事情來(lái)實(shí)現(xiàn)的：臺(tái)積電是從英特爾繼承了這一位置，因?yàn)楹笳呋宋迥陼r(shí)間才推出了其首款10nm產(chǎn)品，而摩爾定律則要求兩年的節(jié)奏。臺(tái)積電什么也沒做，只是繼續(xù)遵守上述節(jié)奏。
確實(shí)，在今年年初的一篇文章中，我已經(jīng)注意到臺(tái)積電本身并沒有特別快地發(fā)展，也落后于摩爾定律曲線：臺(tái)積電正從5nm過(guò)渡（N5 ）到3nm（N3）的周期比通常的2.5年更長(zhǎng)，而密度的增加也遠(yuǎn)少于摩爾定律所要求的2.0倍：例如，SRAM密度僅提高了1.2倍。為此，我認(rèn)為，這將給英特爾一個(gè)追趕的機(jī)會(huì)，但是英特爾隨后推遲了其7納米制程。
最近，有關(guān)2nm的第一份報(bào)告已經(jīng)到來(lái)。正如預(yù)期的那樣，這將標(biāo)志著臺(tái)積電從FinFET晶體管過(guò)渡到全柵晶體管或GAAFET，F(xiàn)inFET晶體管由英特爾于2012年首次引入，然后于2015年由臺(tái)積電采用。值得注意的是，臺(tái)積電計(jì)劃將回歸兩年更新制程的節(jié)奏，這意味著在使用FinFET十年后，2nm將于2025年初進(jìn)入市場(chǎng)。
問(wèn)題在于，臺(tái)積電剩下的兩個(gè)領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星和英特爾都計(jì)劃在臺(tái)積電之前遷移到GAAFET。這意味著臺(tái)積電到2024年可能會(huì)從第一跌到第三。
對(duì)于投資者來(lái)說(shuō)，這意味著他們不應(yīng)該認(rèn)為臺(tái)積電是追求摩爾定律的最后一家晶圓代工廠，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)將加劇。
一些術(shù)語(yǔ)科普
我將GAAFET（全能柵極）用作其柵極圍繞通道的所有四個(gè)側(cè)面的晶體管的總稱。FinFET圍繞三個(gè)側(cè)面，而平面僅一個(gè)側(cè)面。
三星通常使用術(shù)語(yǔ)MCBFET（多通道橋）或納米片。
三星將其與納米線區(qū)分開來(lái)，顧名思義，納米線在幾何形狀上更像是線而不是紙。
nanoribbon則主要由Intel使用，從英特爾研究的圖片來(lái)看，這似乎與納米片相似，但可能介于兩者之間。
最后，節(jié)點(diǎn)名稱：TSMC使用Nx，而Samsung和Intel繼續(xù)使用xnm。
臺(tái)積電：N5，N3，N2
眾所周知，臺(tái)積電已于2020年下半年遷移到N5，與N7相比，遷移速度為兩年。但是，初步發(fā)現(xiàn)表明，雖然節(jié)奏與摩爾定律相當(dāng)，但微縮率卻沒有。特別是，Apple A14僅實(shí)現(xiàn)了134MT的密度（每平方毫米1.33億個(gè)晶體管）。與A13的90MT相比，這僅增長(zhǎng)了49％。
相比之下，臺(tái)積電聲稱N5的微縮率是1.8倍，這將帶來(lái)標(biāo)準(zhǔn)密度170MT。但蘋果實(shí)現(xiàn)的這種較低的收縮在很大程度上可以歸因于SRAM（內(nèi)存）的微縮率低得多——僅為1.3倍。
如導(dǎo)言所述，作為臺(tái)積電的最后一個(gè)FinFET節(jié)點(diǎn)，臺(tái)積電的N3將于2023年上半年遵循2.5年的節(jié)奏推出。雖然臺(tái)積電本身稱其為全節(jié)點(diǎn)微縮，但沒有任何合理的分析可以真正描述它。邏輯密度縮放比例進(jìn)一步降低至1.7倍，而SRAM僅提高1.2倍。模擬方面則幾乎不會(huì)改變。
英特爾十年前的分析表明，SRAM和模擬芯片占Apple芯片的40％至50％，因此盡管有2.5年的節(jié)奏，但現(xiàn)實(shí)世界中的密度預(yù)計(jì)不會(huì)超過(guò)50％。
最新的信息涉及N2。據(jù)了解，該節(jié)點(diǎn)將移至GAAFET或MBCFET。臺(tái)積電計(jì)劃在2023年下半年開始風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)。與N3相比，這意味著兩年的節(jié)奏。
鑒于這種風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)滯后了大約12個(gè)月，并且考慮到批量生產(chǎn)落后于產(chǎn)品推出時(shí)間6個(gè)月（例如，N5風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)于19年上半年開始，隨后iPhone 12于18個(gè)月后推出），這意味著臺(tái)積電的N2 GAA工藝將在2025年上半年進(jìn)入市場(chǎng)。
英特爾：7納米，5納米
英特爾在2020年下半年推出了10nm技術(shù)，最近又推出了10nm SuperFin技術(shù)，英特爾聲稱，該技術(shù)在功耗和性能方面提供了與全節(jié)點(diǎn)躍遷相同的優(yōu)勢(shì)。（顯然密度不高。）
英特爾在2020年7月宣布將其7nm的升級(jí)時(shí)間推遲6到12個(gè)月，這意味著批量供貨時(shí)間將從2022年轉(zhuǎn)移到2023年。雖然尚不知道7nm的規(guī)格，但英特爾之前曾表示它將是2.0倍或2.4倍收縮：在200-240MT時(shí)，它可能比TMSC N5密度高一點(diǎn)。它將仍然是FinFET晶體管。
然而，6月，英特爾首席技術(shù)官確認(rèn)英特爾將“在未來(lái)五年內(nèi)”過(guò)渡到GAAFET?？梢詽M足這一承諾的唯一工藝節(jié)點(diǎn)是5nm。從表面上看，這意味著最壞的情況是，英特爾將在2025年推出GAAFET和5nm，與TSMC持平。英特爾也曾表示，5nm將縮小2倍。
問(wèn)：您能否給我們提供將納米帶/納米線工藝技術(shù)引入大批量生產(chǎn)的時(shí)間表？
答：這不是路線圖討論，所以我會(huì)在未來(lái)五年內(nèi)含糊其詞。
但是，英特爾的路線圖比2025年更具侵略性。英特爾于2019年（在7nm延遲之前）宣布，它打算恢復(fù)到2年的節(jié)奏。直到2029年的路線圖也證實(shí)了這一點(diǎn)。考慮到7nm應(yīng)該在2021年第4季度進(jìn)入市場(chǎng)，這意味著5nm也將在2023年第4季度推出，Murthy確認(rèn)：
假設(shè)5nm現(xiàn)在也要推遲6到12個(gè)月（即使從原理上講7nm的延遲不會(huì)對(duì)5nm的發(fā)展產(chǎn)生任何影響），這仍然意味著5nm將在2024年推出，比臺(tái)積電提前一年。
有人可能會(huì)說(shuō)英特爾可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)其路線圖，但是除非另外證明，否則本文將平等對(duì)待每個(gè)供應(yīng)商的路線圖。
英特爾與臺(tái)積電
英特爾的10納米制程的標(biāo)準(zhǔn)密度為100MT。雖然顯然無(wú)法確定A14在Intel的10nm工藝上將有多大（及其實(shí)際密度），但在過(guò)去，Apple的SoC通常都很好地遵循了這一標(biāo)準(zhǔn)化的密度指標(biāo)，這使A14的看似低了134MT。為此A14特別值得注意。
因此，假設(shè)A14在Intel的10nm工藝上將達(dá)到100MT，這表明在實(shí)際密度下，TSMC可能僅比Intel高1.35倍。與全節(jié)點(diǎn)的飛躍相比，這更類似于半節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。
換句話說(shuō)，英特爾可能并沒有很多人想象的那樣落后。反過(guò)來(lái)說(shuō)，臺(tái)積電也可能不如設(shè)想的那樣領(lǐng)先。確實(shí)，英特爾可能缺乏密度，但它可能會(huì)在晶體管（和封裝）技術(shù)的其他領(lǐng)域中得到彌補(bǔ)，英特爾在其SuperFin技術(shù)（以及Lakefield 3D堆棧）中強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。
同樣，如果N3僅將密度提高50％，則只能實(shí)現(xiàn)比理論上的300MT更接近200MT的水平，后者又可能比5nm接近英特爾的7nm。
為了證實(shí)這一說(shuō)法，英特爾和臺(tái)積電都需要更多有關(guān)多個(gè)芯片的芯片尺寸和晶體管數(shù)的數(shù)據(jù)，但英特爾在2014年左右停止發(fā)布晶體管數(shù)：英特爾認(rèn)為，由于其芯片在邏輯單元方面有很大不同，I / O和SRAM（請(qǐng)參見上圖），與Apple晶體管數(shù)量的任何比較都具有誤導(dǎo)性。換句話說(shuō)，所有英特爾CPU的全芯片密度均明顯低于標(biāo)準(zhǔn)密度。
三星方面的表現(xiàn)
三星目前正在加快其5納米制程。與各種報(bào)道相反，三星今年已做出一些努力向媒體和投資者保證，其5nm工藝沒有任何產(chǎn)量問(wèn)題。
三星的5nm并不是一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，而是基于其7nm平臺(tái)直接衍生的產(chǎn)品。這樣，它的密度改進(jìn)將是不及臺(tái)積電的N5，也不應(yīng)高于英特爾的10nm。
但三星的3nm節(jié)點(diǎn)將標(biāo)志著其下一步的發(fā)展，正如三星很久以前宣布的那樣，這將標(biāo)志著其業(yè)界領(lǐng)先的MCBFET的推出。該節(jié)點(diǎn)似乎有所延遲，因?yàn)樗F(xiàn)在的目標(biāo)是2022年的量產(chǎn)（之前是2021年末）。三星進(jìn)一步聲稱，在新工藝上，晶體管密度縮小了0.65倍或0.55倍，這應(yīng)該使其接近TSMC 5nm而不是3nm的密度。
不過(guò)，正如所討論的那樣，臺(tái)積電的N3將更像是半節(jié)點(diǎn)收縮，因此三星可能密度稍差，它可能會(huì)在技術(shù)和上市時(shí)間上有所彌補(bǔ)，這與英特爾不同。
在這方面，三星早期推出的GAAFET與22nm的Intel FinFET類似，后者的密度可與臺(tái)積電的平面28nm相提并論。雖然三星將不會(huì)擁有密度優(yōu)勢(shì)，但在市場(chǎng)上推出這項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)先地位仍然領(lǐng)先于TSMC三年，領(lǐng)先于Intel兩年。無(wú)論如何，三星已經(jīng)在2019年宣布它將計(jì)劃在這十年內(nèi)投資超過(guò)1000億美元以趕上臺(tái)積電。
總結(jié)
目前被視為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者的臺(tái)積電可能會(huì)在2024年或更早之前失去其工藝技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位。
英特爾在2012年推出了FinFET晶體管，該晶體管在同行業(yè)中比其他行業(yè)領(lǐng)先了幾年（這是事物可以相對(duì)快速地發(fā)生變化的一個(gè)例子），但現(xiàn)在，這種晶體管已經(jīng)耗盡。因此，必須用GAAFET代替它。盡管這種轉(zhuǎn)變不會(huì)像FinFET最初的轉(zhuǎn)變那樣劇烈，但它是一個(gè)重大的轉(zhuǎn)變。就像FinFET一樣，它將標(biāo)志著制程技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)新時(shí)代的開始。
這意味著可能在FinFET期間跌落的供應(yīng)商可能有機(jī)會(huì)追趕。確實(shí)，目前的數(shù)據(jù)表明，臺(tái)積電將是最后一次實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的廠商，比英特爾落后了一年，三星落后了三年。
考慮到SRAM密度縮放的放慢和3D邏輯堆棧的引入以及其他一些未知因素，GAAFET的引入可能被視為工藝技術(shù)領(lǐng)先地位的（更可靠）指示，我之前已經(jīng)指出過(guò)不僅僅是晶體管密度：Intel與臺(tái)積電相比：工藝技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位遠(yuǎn)勝于晶體管密度。
過(guò)去，三星曾為Apple，Nvidia（NVDA）和Qualcomm（QCOM）等公司代工芯片。因此，三星差異化的GAAFET路線圖很有可能會(huì)對(duì)晶圓代工市場(chǎng)產(chǎn)生實(shí)際影響，而英特爾繼續(xù)從其10nm和7nm延遲中恢復(fù)過(guò)來(lái)，以尋求重新奪回工藝領(lǐng)先地位。