莫大康
- 安邦智庫高階產業顧問，浙江大學校友，求是緣半導體聯盟顧問
- 親歷50年中國半導體產業發展歷程的著名學者、行業評論家
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近期2奈米成為業界熱議焦點，三巨頭臺積電、英特爾及三星是齊數上陣，各不相讓。連日本和美國已達成共識，稱最早在2025年在日本建立2奈米半導體制造基地，加上之前美國IBM是研發的領軍企業等。
眾所周知，目前2奈米的現狀是說的多，細節披露少，再加上尚缺乏關鍵光刻裝置，高NA的EUV光刻機，儘管ASML承諾裝置正加緊研發之中，按計劃2024年可以供貨。
由於裝置成為通向2奈米的關鍵，意味著誰先拿到裝置，就有可能先出樣品，因此英特爾、三星的巨頭都先後造訪ASML，目的是能爭取最先拿到最新裝置。現在尚不知ASML首批出貨有幾臺。不管如何臺積電可能是佔有先機，因為ASML新裝置需要他幫助做工藝試驗。
為什麼2奈米勢在必得
先進工藝製程已達3奈米，今年下半年臺積電、三星都聲稱可能試產。
但進入2奈米後，首先是從結構上，根據國際器件和系統路線圖（IRDS）的規劃，在2021～2022年以後，鰭式場效應電晶體（FinFET）結構將逐步被環繞式柵極（GAAFET）結構所取代。所謂GAAFET結構，是透過更大的閘極接觸面積提升對電晶體導電通道的控制能力，從而降低操作電壓、減少漏電流，有效降低晶片運算功耗與操作溫度。
隨著晶片製造工藝的進步，矽基晶片材料已無法滿足行業未來進一步發展的需要。2奈米的製作過程中或將引入一些新的材料，其中二維材料（如石墨烯、過渡金屬化合物）和一維材料（如碳奈米管）引人關注。就碳奈米管來說，其具有極高的載流子遷移率、非常薄的主體尺寸和優良的導熱性。總體而言，新材料的引入或許會給行業帶來新的變革。
全球市場化中競爭是條主線，誰也不甘落後，這也是摩爾定律的神奇所在，它可以讓企業義無反顧地去追隨它，冒巨大投資的風險。
因為按定律的精髓，誰踩空一步，有可能在競爭中出局，實際上也反映巨頭們都試圖透過實現差異化而獲得先機。
目前臺積電、三星及英特爾都有2奈米的計劃，而且時間都定在2025年左右，顯然誰能真正達成，恐怕要看客戶的公正評價。
個人觀點從工藝技術路徑無大的差異，都是從finfet，走向GAA，再有一些變異，而採用的裝置都一樣，均為ASML的高NA EUV光刻機，因此三個巨頭，從理論上幾家都該成功，其中的差異化在良率、產能及生產線管理等方面。
代工廠積極加入的源由
臺積電三年中投資1，000億美元，來滿足產業發展的需要，現在的態勢是全球頭部企業都在爭搶它的最先進工藝製程產能，包括蘋果、英特爾、高通、英偉達、AMD、聯電等。
顯然，假設如果英特爾、三星的2奈米也都能成功，並能接單，相信臺積電的壓力山大，全球代工態勢恐將引發劇變。
據美國IBS資料，3奈米每片晶圓代工的成本為15，500美元，比5奈米增加3，000美元，每層掩膜價格將比上一代的23。57美元高出30。45美元。此外，由於3奈米預計將採用25層EUV掩膜，因此它的代工價格可能高達每片30，000美元。
IBS預估全球代工價格，5奈米時每片成本12，500，它的代工價應為25，000美元，而3奈米吋預測每片至少為30，000美元。
另有一組主要是臺積電的資料，先進工藝製程具有誘惑力，理由如下：
45nm時貢獻20%的營收需要兩年；
28nm時貢獻20%的營收需要一年；
7nm時貢獻20%的營收需要大半年；
5nm時貢獻20%的營收只要一個季度。這也就是臺積電拼命投資跟蹤的源由。
從臺積電方面獲悉，臺積電首個2奈米工廠—新竹N2廠正在進行土地取得作業，計劃於2022年三季度動工。據瞭解，新竹N2廠將分四期建設，共建設4座12英寸晶圓廠，有望在2024年為蘋果手機量產新一代晶片。
近期臺積電首先公佈了它的N2的PPA，也可能是全球首位。臺積電承諾N2將讓晶片設計人員在相同功率和電晶體數量下將效能提升10%至15%，或者在相同頻率和複雜度下將功耗降低25%至30%，同時，與N3E節點相比，晶片中電晶體密度增加了1。1倍以上。
2奈米存在不確定性
對於2奈米的思考，可能需要增加一些風險意識，也即由於釆用全新的架構，包括一些新的材料，以及新的高NA的EUV光刻機。另外不可否認的事實，不是有了高NA EUV裝置就萬事大吉，尚需光刻膠，pellicle等配套。另外定律已近終點，各種隨機誤差可能發生，因此在進入2奈米時，多思考一些意想不到的事會發生，也是非常必須的。
有各種理由相信半導體業發展仍將持續很長的時間，因為現階段不僅是市場需求大，而且可以前進的技術路徑有多條，包括如尺寸持續縮小，2。5D，3D封裝、異質整合、chiplet，各種新架構，新材料等。但是堅信經過努力，產業發展一定會呈現更加燦爛的明天。
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