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半導體行業正面臨著結構性供應挑戰,而這一挑戰與先進芯片(尤其是用于人工智能、高性能計算以及下一代移動和消費電子設備的芯片)的爆炸式需求密切相關。這場風暴的核心是2納米制程技術,由于其依賴于納米片或GAA晶體管架構以及極其精密的微影工具,因此代表著半導體歷史上最復雜、最昂貴的轉型之一。
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臺積電與2納米產能危機
臺積電的N2工藝節點已于2025年底正式量產,早期對良率和產能爬坡的預測都非常樂觀,因此該公司正在積極提升產能。N2工藝節點相比前代節點,性能提升可達15%或功耗大幅降低,使其對下一代AI加速器和旗艦級移動芯片極具吸引力。
市場需求十分強勁!來自一線的消息顯示,臺積電的N2芯片產能已基本售罄至2026年,蘋果、英偉達、高通和AMD等主要客戶據稱已鎖定初期產能的大部分份額。部分原因是,現代AI加速器每芯片所需的晶圓面積遠大于傳統移動處理器,這加劇了產能限制。
為了滿足這一需求,臺積電已制定計劃,將在包括中國臺灣新竹寶山和高雄在內的多個晶圓廠以及其他國際工廠積極擴大產能,目標是在2026年至2028年期間實現每月晶圓開工量達到六位數。臺積電的資本支出也預示著未來的發展趨勢。2024年為298億美元,2025年增長37%至409億美元,2026年將達到創紀錄的520億至560億美元。這表明,臺積電將像在3nm制程領域一樣,毫無疑問地再次主導2nm制程領域。
英特爾18A工藝:具有競爭力的替代方案,但并非完全的緩沖
英特爾的 18A制程節點是其后 Intel 7 路線圖的一部分,大致與 2nm 制程屬于同一代。它引入了 RibbonFET(GAA 的一種版本)和 PowerVia 背面供電技術,旨在提升性能和能效。英特爾率先推出了量產級 GAA 和 BSPD 技術,堪稱半導體創新的巔峰之作。
英特爾于 2025 年開始量產 18A 芯片,主要面向其自家處理器,例如 Panther Lake,但與其他芯片相比,其作為外部客戶代工替代方案的應用仍然有限。盡管截至 2025 年年中,18A 的良率有所提升,但普遍認為仍落后于臺積電 N2 的良率,而且英特爾自身的代工生態系統相對于臺積電龐大的全球客戶群而言仍然規模較小。
英特爾的戰略是雙管齊下:鞏固其內部產品領先地位并拓展代工服務。然而,該公司歷來難以贏得大量外部代工需求,這也是其至今未能實質性緩解整個行業2納米級產能緊張局面的關鍵原因。但隨著陳立步(Lip-Bu Tan)擔任CEO,情況發生了改變。“美國制造”的半導體品牌從未如此強大,毫無疑問,英特爾將與頂尖半導體公司簽署18A和14A晶圓代工協議。
英特爾代工策略思維重大轉向強碰臺積:英特爾財務長辛斯納(David Zinsner)近日表示,該公司對旗下18A制程技術的思維正在轉向,從原規劃主要供自家用,轉向探索向外部客戶推銷以該制程代工生產晶片的可能性。
外界認為,這代表英特爾積極搶臺積電地盤再出招,要爭取更多先進制程代工訂單,引爆新一波搶單大戰。
英特爾原規劃,其目前最新的18A制程,是以優化內部產品需求為重點,也是未來至少三個世代客戶端與伺服器產品的關鍵技術基礎。而接下來要發展的新一代14A制程,據了解,則是從進行開發時,就考慮到外部晶圓代工需求。
不過,辛斯納在舊金山舉行的一場科技會議中表示,英特爾執行長陳立武開始認知到18A制程技術能夠為外部客戶提供服務的潛力。
這可能象征陳立武思維的重大轉向,因為他去年提及,前任執行長基辛格時代大力投資的18A制程,只有在生產英特爾自家產品時,才能賺進合理報酬。
英特爾的Intel Core Ultra系列3處理器是首款采用自家18A制程打造的AI PC平臺,伺服器處理器Clearwater Forest也將以此制程生產。
英特爾18A制程主要建置于亞利桑那廠區的Fab 52新廠,采用RibbonFET環繞式閘極(GAA)電晶體架構,并首度導入PowerVia背部供電技術,相較于Intel 3制程節點,每瓦效能提升15%,晶片密度提高30%。英特爾指出,18A制程的良率正逐月提高。另外,英特爾先前提及,下一代14A制程技術將于2027年進入風險試產階段。
在美國政府、軟銀、輝達陸續入股英特爾后,外界持續關注英特爾的晶圓代工訂單情形是否能有所增加,其制造產能多數部署于美國,符合川普政府希望推動美國制造的方針。
三星2納米工藝:競爭激烈,但也面臨挑戰
三星是最早一批在小規模生產中應用GAA技術的廠商之一,其3nm制程節點便已開始應用該技術,并計劃在此基礎上推進2nm制程(通常稱為SF2)的生產。三星已在包括位于德克薩斯州泰勒市的工廠在內的多個設施上投入巨資,目標是在2026年實現量產。
盡管如此,三星在良率穩定性和客戶接受度方面仍面臨挑戰。雖然其定價極具競爭力,但良率問題和客戶認可度不足意味著,對于大批量2nm訂單而言,三星并非臺積電的可行替代方案。信任是半導體行業的基石,而沒有可預測的良率,信任便無從談起。
Rapidus:一家試圖在2納米產能領域開辟利基市場的新興企業
近年來最引人關注的發展之一是Rapidus的崛起。這家總部位于日本的晶圓代工廠獲得了政府和大型企業投資者的支持。Rapidus計劃在2027年左右開始生產2納米級芯片,并計劃在投產一年內大幅提升月晶圓產量。
根據我過去一年對Rapidus的了解,我幾乎毫不懷疑他們會成功。事實上,Rapidus剛剛又籌集了17億美元,使其獲得的政府補貼和私人投資總額達到113億美元。雖然這是一筆巨款,但僅占該公司預計到2027年實現2納米芯片全面量產所需320億美元資金的約40%,敬請期待。
與巨頭企業不同,Rapidus 并不試圖直接以產量取勝,而是提供“短周轉時間”和定制服務,這可能會吸引定制芯片設計師、日本國內科技公司以及需要小批量、高度定制硅芯片的組織。
盡管 Rapidus 在量產時間和總產能方面仍落后于臺積電數年,但它代表了日本在先進半導體制造領域重新占據一席之地,并在少數幾家企業高度集中的市場中創造更多供應鏈選擇的戰略舉措。
更廣泛的背景:全球能力平衡的挑戰
臺積電的壟斷地位、英特爾內部及新興代工廠的努力、三星技術實力雄厚但受限于2納米制程的推進,以及Rapidus進軍細分市場,共同造就了半導體行業當前供不應求的局面。即便全球晶圓廠產能不斷增長,人工智能的快速普及以及企業對尖端硅芯片的戰略重視,使得盡早鎖定晶圓訂單對科技巨頭而言至關重要,而對其他企業而言則成為巨大的瓶頸。
結論: 2nm產能危機并非短期供應波動,而是先進計算、人工智能和定制芯片戰略重塑全球半導體生態系統的根本性結果,并將持續影響未來數年。代工業務的優勢一直建立在多元化采購之上,我們必須重振供應鏈實力,這是毋庸置疑的。
https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/367081-global-2nm-supply-crunch-tsmc-leads-as-intel-18a-samsung-and-rapidus-race-to-compete/
(來源:編譯自semiwiki)
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