我們都知道，作為全球幾乎人手一部的智能手機(jī)已經(jīng)成為最新微科技的代表，小小的手機(jī)內(nèi)部集成了目前工藝最先進(jìn)的芯片。最新的手機(jī)芯片工藝制程已經(jīng)來到了5納米，華為麒麟9000晶體管數(shù)量達(dá)到了153億，蘋果A14的晶體管數(shù)量是114億。而最火的驍龍888

高通官方雖然沒有公布具體的晶體管數(shù)量，但也達(dá)到了百億以上再創(chuàng)新高。由于芯片工藝制程提升的難度之大，不出意外的話，5納米的壽命大概還會(huì)維持2-3年。然而令人沒想到的是

就在近日，IBM卻突然放出大招，宣布已成功研制出全球首款采用2納米 (nm)規(guī)格的芯片，IBM官方表示，相比7納米工藝來說，IBM的2納米芯片的性能提升了45%，能耗降低了驚人的75%?？赡苣氵€無法感知2納米芯片到底有多牛，首先對(duì)比晶體管的數(shù)量

上面小智給出了目前主流5納米芯片的晶體管數(shù)量大概都在百億之上，而IBM的2納米芯片晶體管數(shù)量高達(dá)500億，在小指甲蓋一樣小的面積里放下數(shù)量如此巨大的晶體管，令人嘆為觀止

不僅如此，工藝制程提升帶來的性能增強(qiáng)和功耗極具下降，簡(jiǎn)單來說，2納米芯片在采用5納米同樣性能的情況下，續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)不止一倍。按照IBM官方的說法，搭載它們2納米芯片的手機(jī)，可在同樣電池容量的情況下充一次電能能讓續(xù)航時(shí)間達(dá)到驚人的4天!

它還能讓手機(jī)，PC，其它智能設(shè)備變得更加小巧輕薄，體驗(yàn)卻絲毫沒有下降反而在應(yīng)用程序處理速度，語言翻譯輔助功能，互聯(lián)網(wǎng)訪問速度等方面有質(zhì)的提升。不過大家先別高興

繼今年6月首度公布2納米制程路線圖后，備受關(guān)注的芯片制造巨頭臺(tái)積電的高端制程量產(chǎn)推進(jìn)時(shí)間表也于近日敲定。公開報(bào)道指出，臺(tái)積電先進(jìn)制程目前進(jìn)展順利，3納米將于今年下半年量產(chǎn)，升級(jí)版的3納米制程將于2023年量產(chǎn)，2納米則預(yù)計(jì)于2025年量產(chǎn)。

作為全球最先進(jìn)的芯片制程，臺(tái)積電2納米首次采用全新架構(gòu)。據(jù)臺(tái)積電總裁魏哲家在此前的技術(shù)論壇上透露，相較3納米制程，采用新架構(gòu)的2納米制程芯片在相同功耗下頻率可提升10%至15%，在相同頻率下功耗能降低25%至30%。值得注意的是，2納米將是臺(tái)積電工藝制程方面的一個(gè)轉(zhuǎn)型節(jié)點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的架構(gòu)工藝已經(jīng)接近效能極限，臺(tái)積電最大的對(duì)手三星、英特爾已經(jīng)在3納米上使用最新工藝架構(gòu)，但或是出于保守考慮，臺(tái)積電3納米仍然沿用了傳統(tǒng)架構(gòu)工藝，這使得業(yè)內(nèi)對(duì)臺(tái)積電3納米芯片的性能產(chǎn)生了頗多質(zhì)疑。

而隨著最新制程的時(shí)間表陸續(xù)敲定，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，臺(tái)積電將進(jìn)一步拉開與三星、英特爾的差距。CHIP全球測(cè)試中心中國(guó)實(shí)驗(yàn)室主任羅國(guó)昭向《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者表示，臺(tái)積電在2納米制程上的轉(zhuǎn)型發(fā)力如果成功，會(huì)將此前在頭部客戶積累上的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步放大，這也意味著全球芯片制造市場(chǎng)的馬太效應(yīng)或?qū)⑦M(jìn)一步加劇。雖然新架構(gòu)的市場(chǎng)前景未明，但放棄傳統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)執(zhí)行業(yè)牛耳的臺(tái)積電而言，或許只是遲早的事情，尤其是在三星、英特爾的步步進(jìn)逼之下，舊架構(gòu)的短板尤為凸顯。

長(zhǎng)久以來，芯片制造廠商在先進(jìn)制程方面都采用了鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)架構(gòu)，尤其是在臺(tái)積電內(nèi)部，F(xiàn)inFET的技術(shù)積累尤為成熟，這也助其持續(xù)在先進(jìn)制程的研發(fā)上保持領(lǐng)先。但隨著芯片進(jìn)入5納米范圍以下，F(xiàn)inFET的弊端也開始顯現(xiàn)。一位國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片廠商的技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者，集成電路工作通電時(shí)內(nèi)部晶體管會(huì)存在漏電效應(yīng)?！皞鹘y(tǒng)上可以通過控制晶體管的間距降低這種影響，但當(dāng)制程低到一個(gè)極限時(shí)，漏電的影響無可避免。”該負(fù)責(zé)人表示。

而在業(yè)內(nèi)這個(gè)極限節(jié)點(diǎn)普遍被認(rèn)為是3納米，雖然臺(tái)積電宣稱通過技術(shù)改進(jìn)很好地解決了漏電問題，但意圖趕超臺(tái)積電的三星已搶先做出改變，使用了新的全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體(GAAFET)結(jié)構(gòu)，并宣布在2022年推出3納米GAA(全環(huán)繞柵極晶體管)的早期版本，而其“性能版本”將在2023年出貨?！靶录軜?gòu)還不算很成熟，臺(tái)積電歷來是穩(wěn)扎穩(wěn)打的風(fēng)格，在3納米策略上應(yīng)該還是不想太冒進(jìn)。但三星不一樣，他們?cè)?納米上已經(jīng)極大落后于臺(tái)積電，想要趕超也只能放手一搏?！卑雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)分析師季維告訴記者。

季維表示，其實(shí)臺(tái)積電一直在進(jìn)行GAAFET的研發(fā)，并預(yù)備在2納米上再?gòu)腇inFET切換到GAAFET，這樣在成本過渡上會(huì)更為合理，而在3納米方面臺(tái)積電也升級(jí)了相應(yīng)的FinFET架構(gòu)，依然保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。值得注意的是，三星也的確為激進(jìn)的制程策略付出了代價(jià)。由于新架構(gòu)的良率出現(xiàn)問題，三星2021年中期宣布原本計(jì)劃于2022年投產(chǎn)的3納米芯片延期一年至2023年，與臺(tái)積電幾乎一致。因此，從結(jié)果而論，三星的搶跑計(jì)劃并沒有成功實(shí)現(xiàn)。羅國(guó)昭認(rèn)為，對(duì)手握蘋果等眾多一線廠商訂單的臺(tái)積電來說，產(chǎn)線和出貨穩(wěn)定性的優(yōu)先級(jí)是高于技術(shù)創(chuàng)新的。這種穩(wěn)定性也意味著，只有達(dá)到十足的把握，臺(tái)積電才會(huì)在2納米上采用新架構(gòu)。

美國(guó)于近日確立了促進(jìn)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)的法案“CHIPS and Science Act(CHIPS法案)”，但三星電子(Samsung Electronics)、SK海力士(SK Hynix)等韓國(guó)半導(dǎo)體廠家是否接受美國(guó)政府的資金援助，還是未知數(shù)。

此外，日本政府為新設(shè)半導(dǎo)體工廠的企業(yè)，提供補(bǔ)助金，這筆補(bǔ)助金被用在了臺(tái)灣TSMC的熊本工廠、鎧俠(原東芝存儲(chǔ)半導(dǎo)體)&美國(guó)西部數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱為“WD”)的四日市工廠。但是，即使以上企業(yè)獲得了日本政府的資金補(bǔ)助，日本的半導(dǎo)體全球市占率也不會(huì)有所提高。

另外，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省曾發(fā)布新聞稱，在2024年之前日本和美國(guó)合作研發(fā)2納米邏輯半導(dǎo)體，并計(jì)劃在日本量產(chǎn)。而筆者認(rèn)為，這是完全不可能的，簡(jiǎn)直是天大的笑話!

筆者將在下文中詳細(xì)分析以上問題。下文為筆者最初的感想。

對(duì)于美國(guó)的“以本國(guó)利益為中心的政策”，可能會(huì)引起其他國(guó)家半導(dǎo)體背離美國(guó)。(或許美國(guó)是為了把補(bǔ)助金僅支援給英特爾等美國(guó)本土半導(dǎo)體廠家。)

同時(shí)，即使日本的“不諳世事”的“職業(yè)官僚們”確立強(qiáng)化半導(dǎo)體生產(chǎn)的方案，也不會(huì)有任何效果。此外，甚至日本政府還提出了“日本要在2025年開始量產(chǎn)2納米”等極具搞笑意義的方案，筆者認(rèn)為這是非常滑稽的。真是一樁世界級(jí)的丑聞，筆者真心希望不要確立以上法案。

為了強(qiáng)化美國(guó)本土的半導(dǎo)體生產(chǎn)，2022年8月9日，美國(guó)總統(tǒng)拜登簽署“CHIPS法案”，該法案正式生效。美國(guó)試圖通過此法案強(qiáng)化美國(guó)半導(dǎo)體生產(chǎn)。在美國(guó)設(shè)有半導(dǎo)體工廠和研發(fā)(R&D)中心的TSMC、三星電子、SK海力士到底是不是應(yīng)該接受美國(guó)政府的援助呢?

該“CHIPS法案”指出，投資共527億美元(約人民幣3636億元)用于美國(guó)的半導(dǎo)體生產(chǎn)和研究開發(fā)，明細(xì)如下，投資約390億美元(約人民幣2691億元)用于吸引外資赴美建半導(dǎo)體工廠(其中20億美元用于支援車載、國(guó)防系統(tǒng)等方向的傳統(tǒng)型半導(dǎo)體生產(chǎn))，132億美元(約人民幣910億元)用于研究開發(fā)和培養(yǎng)人才，5億美元(約人民幣35億元)用于國(guó)際信息通信技術(shù)安防和半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。