3nm芯片,被疯抢
2024-10-18 15:23

3nm芯片,被疯抢

本文来自微信公众号:半导体行业观察 (ID:icbank),作者:杜芹DQ,题图来自:AI生成

文章摘要
3nm芯片需求激增,台积电领先市场。

• 🚀 台积电3nm技术被主要芯片厂商抢占。

• 💡 AI和手机芯片推动3nm需求上升。

• 📈 3nm工艺提升台积电营收与市场地位。

昨天,台积电交出了一份出色的成绩单,带动公司股价再创历史新高。


如下图所示,在台积电三季度的营收中,5nm成为了公司的主要工艺,贡献了本季度32%的营收。从下图图右可以看到,这种状况从2023年Q1以来维持至今。在当季度,5nm贡献了台积电31%的营收,7nm仅为20%。而上一季度(2022年Q4),7nm和5nm的贡献不分伯仲。



随后的时间里,5nm一直是公司的营收担当,但3纳米正在悄然崛起。自2022年台积电成功量产3纳米鳍式场效电晶体(3nm FinFET,N3)制程技术以来,短短两年,该先进工艺已为其营收贡献了不菲的份额。


随着AI应用的爆发式增长,各大芯片厂商纷纷抢滩3nm,一场激烈的市场争夺战已全面打响。


一、七大芯片巨头,扎堆挤进3nm


在众多细分领域中,手机芯片,例如苹果的A系列,一直以来都是半导体工艺的“风向标”,率先采用最先进的工艺节点。然而,随着人工智能的迅猛发展,AI芯片也开始在这一领域崭露头角,甚至成为了新的“领跑者”。目前,诸多AI芯片公司几乎都加入了台积电3nm新节点的争夺战。


3nm是当下最先进的已经量产的工艺节点。2022年,台积电领先业界成功量产3纳米(N3)制程技术。N3是继5纳米(N5)制程技术之后的另一个全世代制程。而在N3制程技术之后,台积电又推出能够支持更佳功耗、效能与密度的强化版N3E及N3P制程。此外,台积公司进一步提供广泛的技术组合满足客户多样化的需求,其中包括为高效能运算应用量身打造的N3X制程,以及支持车用客户及早采用业界最先进制程技术的N3AE解决方案。


目前台积电3nm项目清单中包括Apple A18、Apple M4和用于iPhone的A19芯片、高通即将推出的骁龙8 Gen4芯片、英特尔的新款Lunar Lake和Arrow Lake CPU、AMD的新款Zen 5 CPU和即将推出的Instinct MI350系列AI加速器,以及NVIDIA的下一代Rubin R100 AI GPU(将搭载未来一代HBM4内存)、联发科的新款Dimensity C-X1(汽车芯片)



苹果自去年的A17 Pro芯片开始,就率先使用了3nm工艺。今年的A18和A18 Pro则更进一步,分别采用的是台积电N3E和N3P工艺。据天风国际分析师郭明錤的推文透露,苹果2025年iPhone 17的处理器A19 Pro芯片,将继续采用台积电的N3P工艺/3纳米技术制造。2026年iPhone 18型号的处理器预计将使用台积电的2纳米技术。然而,出于成本方面的考虑,并非所有新款iPhone 18都将配备2纳米处理器。


来源:X


自从苹果自研电脑芯片M系列以来,M芯片也和A系列芯片一样,迅速采用先进工艺。去年苹果的M3系列就开始使用3nm工艺。而下一代M4芯片,将采用台积电第二代3nm制程,晶体管数量达280亿。


来源:Apple


高通是除苹果之外最大的手机芯片供应商。高通的骁龙8 Gen 4今年也开始采用3nm制程。随着高通骁龙峰会的临近,高通骁龙8 Gen 4也释放出了更多的细节。据悉,这是高通首款搭载自研Oryon内核的智能手机SoC,将采用台积电3nm N3E工艺量产。高通这次将其命名为骁龙8 Elite,不再沿用此前的“第四代骁龙8”的命名方式。这款芯片也将成为安卓阵营的旗舰标杆。


不过在此之外,高通的一大竞争对手联发科已经率先发布了天玑9400,这是联发科首款3nm芯片组,采用台积电第二代3nm工艺N3E,能效提高了40%。联发科称,这是唯一一款搭载最新Armv9.2 CPU优势的旗舰5G智能手机芯片。


来源:联发科


谷歌的Tensor系列手机芯片过去四代一直采用三星的工艺代工,不过从Tensor G5开始谷歌将转向台积电,采用台积电3nm工艺,并搭配台积电的InFO-POP封装。Tensor G5是谷歌首款完全自主设计的手机芯片,此前四代Tensor芯片均基于三星Exynos平台进行修改定制。由于三星代工厂的产量和功率效率存在问题,其又失去了一个重要客户。


不过智能手机市场进入平缓期已成为行业共识,而以ChatGPT为代表的人工智能市场却展现出勃勃生机。英伟达、AMD和英特尔三家芯片巨头正全力投入AI芯片的研发和生产,力争在AI芯片市场分得一杯羹。


英伟达的Rubin AI GPU被业界传言将采用3nm工艺,但Rubin架构的GPU预计要到2026年才能上市,因此英伟达将在几大巨头中最晚推出3nm芯片。目前,英伟达正在全力研发Blackwell GPU,消息称该GPU在未来一年的供应已经售罄。不得不说,英伟达的GPU确实非常抢手,在工艺上也不必过于激进。


AMD Instinct系列GPU是面向AI市场的重要武器。Instinct此前一直采用5纳米/6纳米双节点的Chiplet模式,而从多次AMD所公布的路线图来看,到了MI350系列,就升级为了3纳米。下一代Instinct MI350系列将于2025年上市。AMD表示,Instinct MI350系列将基于3nm工艺节点,还提供高达288 GB的HBM3E内存,并支持FP4/FP6数据类型。



来到英特尔方面,首先英特尔的AI PC处理器Lunar Lake SoC已经使用了3纳米,采用了英特尔的Foveros 3D封装技术,芯片生产外包给了台积电。Lunar Lake架构主要由两个组件构成:计算芯片和平台控制器芯片。整个计算块,包括P核和E核,都建立在台积电的N3B节点上,而SoC块则使用台积电N6节点制造。


英特尔另外一款要采用3nm的芯片是代号为Falcon Shores的独立GPU,但是随着近来英特尔所面临的巨大挑战,英特尔似乎正在做一些调整,其中包括裁员、削减成本、推出训练市场转而聚焦在x86架构推理方面,这些可能会影响到Falcon Shores,该产品原本预计将于明年发布。


联发科除了做手机处理器之外,也瞄准广阔的AI市场。今年4月26日,联发科在北京车展发布天玑汽车平台新品,天玑汽车座舱平台CT-X1采用3nm制程,CT-Y1和CT-YO采用4nm制程,为智能座舱带来了巨大的算力突破。


联发科也有意进军AI PC,此前据报道,联发科技与英伟达正在合作开发一款采用3nm制程的AI PC芯片。该芯片预计在2025年下半年实现量产。这款芯片将搭载英伟达的GPU IP,为AI PC提供强大的图形处理和人工智能计算能力,以此进入高端笔记本电脑市场。


可以看出,下一代的AI芯片都在拥抱3nm,为什么AI芯片会如此青睐先进工艺?


  • 算力需求激增:AI模型的复杂度不断攀升,对芯片的算力要求也与日俱增。先进工艺能提供更高的晶体管密度和更快的运算速度,从而满足AI计算的庞大需求。


  • 能效比至关重要:AI芯片不仅要快,还要省电。先进工艺能带来更低的功耗,延长设备的续航时间,这对于移动端的AI应用尤为关键。


  • 市场竞争激烈:AI芯片市场竞争异常激烈,各大厂商纷纷推出自己的产品。采用先进工艺,不仅能提升产品的性能,还能在市场竞争中占据优势。


二、台积电赚翻了


在先进的3纳米芯片领域,台积电无疑是当之无愧的领跑者。由于三星的良率问题以及英特尔尚未实现量产,台积电在这一制程上独占鳌头。2023年第四季度,尽管仅有苹果一家客户采用台积电的3纳米工艺,但其营收仍占公司总收入的15%,高达29.43亿美元,充分彰显了这一先进制程的巨大潜力。


今年第一季度和第二季度,3纳米工艺节点在台积电的总营收中占比分别为9%和15%。其中,一季度的占比相对较低,主要受到智能手机市场季节性波动的影响。进入三季度,如上图所示,3纳米占了公司20%的营收。台积电财务长黄仁昭表示,2024年第三季业绩受惠于智慧型手机和AI相关应用对3纳米和5纳米技术的强劲需求,此一态势可望持续至第四季。第四季合并营收预计介于261亿美元至269亿美元之间。


不过据《电子时报》报道,凭借3纳米和5纳米这两个高端制程,台积电有望在前三季度创造约1万亿新台币(310亿美元)的营收。2024年前三个季度台积电的收入总计新台币20 258.5亿元,比2023年同期增长31.9%。


随着越来越多的客户采用该制程,3nm工艺节点将在台积电的收入中占据相当大的份额。据ICSmart.cn报道,今年台积电的N3系列节点(包括N3B和N3E)将在2024年占到该代工厂总收入的20%以上。预计2025年,3nm将占台积电2025年收益的30%以上。


来源:台积电


考虑到AI需求旺盛,加上苹果、高通等IC设计公司的消费产品订单,台积电产能仍然紧张。


供不应求的情况下,涨价之势就起来了。据悉,台积电计划将3nm、5nm等先进制程的价格上调8%,以确保长期稳定的利润率。


此前DigiTimes指出,台积电将对其尖端3nm芯片收取更高的价格,3nm将突破2万美元。这也意味着下一代CPU和GPU将比现在更加昂贵。生产成本的大幅上涨,芯片行业势必会将其转嫁给下游客户和消费者。据了解,高通上一代骁龙8 Gen3处理器芯片本身售价约为200美元,但新款骁龙8 Gen4处理器售价可能超过250美元,这无疑会使新旗舰智能手机的价格更高。



除了制程先进以外,有传闻称台积电也因AMD、NVIDIA等大厂对AI芯片的需求,CoWoS产能也是一大问题。《工商时报》引述业界消息指出,台积电计划在第3季前新增CoWoS相关机台,并已要求设备厂商增派工程师,以充实龙潭AP3厂、竹南AP6厂及中部科学园区AP5厂的产能。


MoneyDJ报道中引用的消息人士此前估计,台积电CoWoS产能仍然供不应求,今年每月产能为3.5万至4万片。加上额外的外包产能,明年的产量可能达到每月6.5万片以上,甚至可能更高。


三、写在最后


总的来说,七大芯片巨头,扎堆挤进3nm,这不仅是一场技术竞赛,更是一场关于产能的角逐。AI、5G等技术的不断发展对芯片性能的需求将日益增长。3nm工艺的成熟应用,将为这些新兴技术提供坚实的底层支撑,推动整个电子产业迈向新的高度。然而,技术的进步也伴随着挑战,如高昂的制造成本、良率问题等。


未来,如何平衡性能、功耗和成本,将是芯片厂商们面临的重要课题。不过,对台积电来说,好日子依然在向他们招手。


日经亚洲报导,台积电董座兼CEO魏哲家表示,一家主要客户透露,AI需求旺到“疯”。他认为这只是开始,这波态势可望延续好几年。魏哲家称,几乎所有AI公司皆与台积电合作,因此TSMC对产业前景的看法,可说是既广且深。


而且,按照魏哲家所说,公司2nm产品的客户询问度高于3nm,A16的需求也很强。


魏哲家表示,高速运算(HPC)加速往小芯片(Chiplet)设计,但并不会影响对2nm的采用,且客户目前对2nm需求也比3nm还高,预计产能也将会更高。至于最先进的A16需求也很强,A16对AI服务器应用有很强的吸引力,台积电积极准备相关产能,以应对客户需求。


“法人关注未来PC、智能手机需求,预计未来PC、手机出货量会是个位数成长,但硅含量成长将超过出货量。”魏哲家说。


本文来自微信公众号:半导体行业观察 (ID:icbank),作者:杜芹DQ

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