一年前,我警告說臺積電進入到全柵極 (RibbonFET) 時代可能要比預想得晚一些,RibbonFET標志著最先進半導體的下一個前沿。但在三個月前,有報道稱臺積電將在 2023/2024 年轉向 2nm。這是基于臺積電將在 2023 年開始(風險)生產的預期。

然而,在最近的財報電話會議上,臺積電宣布了其 2025 年的 2nm 節點。因此,這條新的信息證實了一個悲觀的觀點,即臺積電目前的領導地位正逐漸被一家名為英特爾(Intel)的移動更快的公司所侵蝕,后者將在18個月內從4A轉換為20A。相比之下,N3和N2的連續延遲表明臺積電將放緩至 2．5 年的節奏。

此外,隨著英特爾新管理層進軍代工業務(可能投資2000億美元),對臺積電投資者來說,英特爾重奪制程領導地位將更加令人擔憂。

2nm延遲

大約一個季度前,英特爾在半導體行業投下了炸彈,宣布一個為期四年的路線圖,其中包括:(1)2024年過渡到RibbonFET,并在20A節點首次采用PowerVia背面電源傳輸(2)在業界率先采用ASML高數值孔徑 EUV 光刻技術,將在 2025 年恢復工藝領先地位。

從那時起,三星和臺積電都宣布了自己的路線圖。綜上所述,雖然我已經廣泛討論了節點名稱的營銷性質,但鑒于三星和臺積電的這些公告,看來英特爾確實將在 2024-2025 年擁有最低的工藝技術編號:英特爾將在 18A(1．8nm ) 與其他兩家代工廠的 2nm 相比。因此,Intel 似乎率先采用 2nm/20A。

以下是臺積電在被問及英特爾 7 月路線圖公告時的回應:

我不對競爭對手的技術路線圖或他們的技術方法發表評論。但是對于臺積電,我們有信心我們將非常有競爭力,而且我們確實有一個非常有競爭力的時間表,讓我說,在所有 3 納米技術和 2 納米技術中。

我可以和大家分享的是,在我們的 2 納米技術中,密度和性能將在 2025 年最具競爭力。

這個答案最重要的一點是,臺積電的 2nm 比任何人預期的都要晚得多。如果現在還不清楚臺積電 2 年穩定節奏的日子已經結束,那么這應該是確鑿的證據。

為了詳細說明這一點,不久前我討論了臺積電的 3nm 節點,其中包含進一步的證據表明它不會滿足蘋果 2022 年 iPhone的時間表,這是許多人所期待/假設的(盡管最初的跡象表明反對這一點已經成為2020 年清除)。無論如何,2025 年 2nm 量產的公告顯然排除了 2024 年推出 2nm 的可能性,這將是 5nm 之后的四年,符合典型的摩爾定律節奏(盡管臺積電實際上每縮小不到 2 倍)節點)。相比之下,7月份有報道稱臺積電將在2023年開始生產2nm。

日經亞洲報道稱,臺灣政府現已批準臺積電的 2nm 工藝計劃。測試生產可能會在 2023 年開始,為 2024 年在 iPhone 中的使用鋪平道路。

相反,新的時間表反而暗示 N2 可能針對 2025 年的 iPhone。

分析

這里的重點不是對工藝技術領先地位進行任何比較,因為在公開技術規范之前這是不可能的。盡管如此,還可以進行其他幾個關鍵的總結。

首先,主要觀察結果是,臺積電目前的主要技術引進周期似乎是 2．5 年:從 2020 年的 5nm 到 2025 年的 2nm,是五年內的兩個節點。不用說,這是摩爾定律規定的 2 年黃金標準的明確下降。

可以肯定的是,這本身并不一定意味著臺積電將失去目前的領先地位,例如三星之前將其 3nm 推遲到 2023 年,并且也將 2nm 列入了 2025 年的路線圖。此外,三星的 5nm 只是一個其7nm節點的改進,因此在技術規格方面三星的2nm應該比臺積電的2nm落后很多。相反,這可能意味著因為縮小變得越來越難,正如我最近所說,摩爾定律似乎正在放緩。

然而,有一家公司實際上正在加速發展。目前,英特爾在 Intel7 節點上。英特爾將在 2023 年上半年轉向 Intel4 工藝,并在 2024 年底躍升至 20A,這將是一個只有18個月的周期。

實際上,到 2024 年,英特爾將以其 20A 節點與臺積電的 N3E 競爭,而在 2025 年,英特爾將在 18A 節點上領先于臺積電的 2nm。這意味著英特爾贏得了未來幾年的營銷游戲。

第二點是關于其 2nm 將在性能和晶體管密度方面“最具競爭力”的說法。除了營銷數字,作為初步分析,我們可以簡單地推斷并得出結論,臺積電的 2nm 應該具有大約 500MT 的密度。

對于英特爾來說,分析有點模糊,因為Intel 4 的密度甚至還不知道。盡管如此,之前的管理層暗示兩個節點的 scaling factor均為 2．0 倍。這將為 Intel 4 提供 200MT 的密度, Intel 20A 的密度則為 400MT。然而,之前的管理層實際上已經為現在稱為 Intel 4 的處理器提供了 2．4 倍的提升。這也意味著,20A可能達到480MT。

根據這兩種情況,如果英特爾隨后在 18A 中使用高數值孔徑 EUV 光刻進行大約 20% 的縮放,那么在 18A 時它可能會達到 500MT或600MT ,這將在看漲的情況下趕上或略微領先。

最后,投資者應該注意,英特爾聲稱的工藝領先地位是基于每瓦性能,而不是晶體管密度。盡管如此,投資者還應注意,英特爾可以使用臺積電的 PDK(因為如前所述,英特爾將是 3nm 的前 2 大客戶),而英特爾讓臺積電使用其 PDK 的可能性較小。雖然不知道臺積電是否已經向其客戶提供了 2nm 細節的訪問權限,但投資者因此應該比臺積電更相信英特爾的說法(因為這些都是基于實際數據)。

總體而言,上面的理論數據表明,英特爾和臺積電在 2025 年應該非常接近。

盡管如此,如果有人敢推斷到2026年,>800MT的英特爾～14A可能會開始成為更有意義的工藝領導,如果臺積電要到2028年才能擁有～1．4nm。

技術結論

大約一年前,我警告投資者,臺積電到 2024 年將落后于英特爾和三星。這是基于觀察到三星和英特爾將分別比臺積電提前一年和兩年過渡到下一代 GAA 晶體管,我預測臺積電將在 2025 年推出其 2nm,而英特爾的 5nm(現在稱為 20A)則在 2024 年:

假設 5nm 現在也正在轉移 6 到 12 個月(即使 7nm 缺陷模式原則上應該對 5nm 的發展沒有任何影響),這仍然意味著 5nm 將在 2024 年推出,最多提前一年臺積電。

因此,我要指出,基于當前可用數據的預測仍然有效。換句話說,如果臺積電在 2025 年的 iPhone 中推出 N2,那么英特爾將提前整整一年推出自己的 20A 節點,晶體管密度大致相同。

相比之下,該文章最受好評的評論之一是逆勢預測,該預測將臺積電 2023 年的 2nm 密度設為 440MT(與英特爾的 400MT 相比)。另一條高度贊成的評論得出了類似的結論:

臺積電將在 2023 年進行 2nm 試產,并且他們在保持時間表方面享有很高的聲譽。另一方面,英特爾 CEO 表示 7nm 將在 2022-2023 年到來,因此英特爾不可能在 2024 年之前完成他們的 5nm [20A],而 5nm 的 2024 年已經是最樂觀的情況。

更一般地說,最重要的結論是臺積電正在將其放緩的步伐擴大到 2nm,現在似乎是堅定的 30 個月節奏。與此同時,英特爾將嘗試以 18 個月的節奏達到 20A。

風險

有一種可能是臺積電的聲明被誤解了。臺積電沒有給出其 N2 時間表的正式時間表,因此有人可能會爭辯說,臺積電只是在回答英特爾是否會在 2025 年重新獲得工藝領導地位的問題。換句話說,N2 有可能比 2025 年的 iPhone 更早推出。

此外,雖然本文側重于技術考慮,但我最近對英特爾的論點或多或少適用于臺積電:臺積電的收入可能會繼續增長,因為整體市場在增長。即使在最樂觀的情況下,英特爾也可能需要十年時間才能或可能開始從臺積電手中奪取可觀的市場份額。