台积电推2nm芯片制程极限升级2nm或不再是我们理解的了

　　车削径向游隙在我们还在为7纳米工艺发愁的时候，台积电等芯片巨头已经在推进2nm。台积电、三星、intel都将在2025年竞技2nm。

　　根据集邦咨询报道，台积电正在积极推进 2nm 工艺节点，首部机台计划 2024 年 4 月进厂。而台积电和三星都计划 2025 年开始量产 2nm 工艺芯片，双方争夺战已经打响。

　　目前台积电已经向苹果、英伟达等主要客户展示了 2nm 工艺原型测试结果；而三星也推出了 2nm 原型，为了吸引英伟达在内的知名客户，将提供了更低廉的价格。据悉，台积电再度抢下苹果订单，预计用在2025年上市的iPhone17 Pro上。

　　从原理上说，2nm制程芯片也和以往的芯片都不相同，它需要在每平方毫米的面积上，植入3亿颗晶体管，相当于在一个指甲盖那么大的面积里，塞下近400亿颗晶体管。

　　这个数量是现在主流5nm芯片的2倍左右。如此巨大的提升与恐怖的密度，需要将芯片制造技术从2D平面，扩展到3D立体层面，像搭积木一样向上堆叠，才能进一步提升晶体管的密度。

　　目前对于台积电推出的2nm工艺，有一些网友开始质疑：现在台积电的3nm和三星的3nm，性能提升幅度也太不明显了，也不像7到5的提升。“苹果的5纳米暖手宝，难道这5nm是吹出来的？”

　　而在较早的时候，通信专家项立刚也对此提出了质疑，他表示，芯片制程高速迭代很可能是一个骗局。因为2016年之后，在台积电推动下，炒作芯片制程高速迭代，但在用户实际体验上，7nm的芯片以下的芯片，没有实质性体验提升。

　　事实上，进一步引爆业内质疑的是采用了A17的芯片的iPhone15，这款芯片是3纳米工艺。按照大家对3nm的理解，3nm与7nm在性能与功耗层面有巨大差别，那应该手机在流畅和功耗上表现远超其它手机吧，但从消费者实际体验中反馈出来的并未如此。

　　在10月初，Phone15 Pro发热上了热搜，引发了外媒的广泛讨论，苹果后来也正式承认新发布的全部四款iPhone15手机异常发热。

　　有业内人士根据IBM的评估，2nm技术相较于7nm技术，性能方面将得到45%的提升，在同等性能下功耗能够减少75%。基于此推测台积电2nm将获得类似的提升。

　　但是也有用户对于这个性能增加也表示开始质疑，有用户表示，性能增长不超过15%，苹果15芯片就是最好的例子。

　　为什么芯片制程工艺开始屡遭质疑了，芯片制程未来的发展方向是什么？要弄清这个问题，我们得先从制程谈起。

　　芯片上拥有数量庞大的晶体管，而制程就是晶体管源极和漏极之间的沟道长度。晶体管内部的电流从起点（源极）流向终点（漏极）要经过一道闸门，这个闸门的宽度（栅长）就是芯片的纳米单位。纳米原本是指芯片晶体管栅极长度的大小。

　　随着技术的成熟，晶体管尺寸的减小，性能随之提高、功耗降低以及发热量的降低。简言之，较小的晶体管比较大的晶体管更好，并且制造商之间的工艺节点代际改进是相似的。

　　然而，在过去的几十年里，随着集成电路设计（从平面晶体管到各种类型的 3D 晶体管）和制造工艺的各种专有改进，仅根据晶体管尺寸来衡量性能增益变得更加复杂。

　　在28nm以下，由于采用finfet这些新的技术，这些数字和实际的节点和栅极长度，以及半节距就匹配不上了。所以，现在的7nm，5nm，已不是原来指的栅极长度。因此，3nm 工艺芯片与晶体管的尺寸没有直接关系了。

　　这意味着由同一制造商制造的两代工艺节点（例如 5nm 和 3nm）的芯片不一定对应于流程节点名称。假如某家5nm的制程实际尺寸是20nm，那么它把它家8nm尺寸的制程标为 2nm，其实也是没有问题的。

　　因为已经不是同一套标准了，你家是这样的3nm，他家是这样的3nm，哪怕16nm制程，可能没有线nm尺寸。我们已经很难仅凭表面的制程工艺数字来判定它们的真实水平。

　　台积电推2nm，如果从传统我们对2nm技术原理层面理解，需要将芯片制造技术从2D平面，扩展到3D立体层面，类似从盖房子从盖一层小平层到盖一栋高楼的进化，从2D到3D堆叠需要从设计、材料、制造业、封装等各个领域重新构建一套芯片制造体系。

　　这其中的难度非同小可，要投入的研发与力度非常大，有业内人士打了个比方：建一栋高楼你得先把图纸设计出来吧？然后地基也得打深一点吧？电线水管是不是更复杂了？材料是不是也得换好一点的？甚至盖楼的机器都不一样。

　　但事实上，能否做到这种高精尖程度，厂商做的是3nm++，还是线nm，外人是不得而知的。

　　过去台积电的Philip Wong曾在Hot Chips 31主旨演讲中透露：“它过去是技术节点，节点编号，意味着晶圆上的一些功能。”但是：“今天，这些数字只是数字。它们就像汽车模型——就像宝马5系或马自达6。数字是什么并不重要，它只是下一项技术的目的地，它的名称。”

　　从台积电高管的话里可以知道，我们所理解的2nm，其实与他们做出来的2nm可能不是同一个概念了，节点的名称与技术实际并没有对等升级，更多是一个迭代的节点数字。

　　可以看到，各家的标准各不相同，这其中营销意味越来越强，芯片制程工艺升级背后，2nm或许不再是我们理解的2nm了。

　　事实上，从iPhone15系列的口碑表现来看，卷工艺制程的时代过去了，很多用户发现，自己3年前买的手机，12nm工艺，依然快如闪电，感觉可以再战好几年。

　　iPhone15系列采用了3nm的芯片，并不是功耗降低了，发热问题依然突出，从产品体验与口碑来看，iPhone15的体验口碑并没有因为3nm获得了加持，大家在感知层面也并不明显。消费者更关注的是产品的差异化创新与整体的产品综合体验。

　　从Mate60系列评测来看，它在性能、流畅度以及功耗上已经做到非常好了，跑分也非常强势，能够轻松应对多任务处理、高负荷游戏等各种挑战。

　　事实上，无论对于厂商还是消费者，工艺制程升级带来的成本提升，变得越来越不划算。

　　我们知道，最先进制程芯片的量产是一项系统工程，需要产业链上下游设备、材料、IP等技术厂商的共同进步迭代，且很烧钱，台积电2nm代工价被曝光了，近2.5万美元/片（晶圆），与之对比，3nm-2万美元/片，4/5nm-1.6万美元/片，6/7nm-1万美元/片。

　　整体芯片代工价格费用越来越高，厂商要承担的代工成本也越来越高，但是芯片制程提供的性能升级，没有想象中大，加上如今手机性能处于过剩时代，整体的体验升级带来的操作感受并不明显，消费者也渐渐对芯片工艺制程的高溢价没有那么感冒了。

　　从目前来看，今天的3nm、2nm，是否是一种用来说服消费者、厂商为新品买单的营销手段，这意味着国内如果攻克7nm之后，与3nm、2nm的差距或已没有想象中大了。

　　从目前来看，手机行业接下来卷的应该是系统和生态，只要国产芯片解决了功耗和良率，系统的不断迭代升级，手机体验只会更丝滑，手机综合性价比更高，因此，工艺制程将不再成为阻挡国产赶苹果的最大障碍，从这个角度来看，我们依然有弯道超车的机会。