蘋果已開始為未來的 iPhone 機型設計 2nm 芯片

近日有消息人士在 LinkedIn 上透露，蘋果公司已經悄然啟動了基于臺積電 2nm 工藝的芯片設計工作。據悉，該名人士正是蘋果此項目的參與者之一。

臺積電作為全球領先的半導體制造企業，一直在積極推進其 2nm 工藝節點的研發進程。根據最新消息，該公司計劃于 2024 年 4 月將首部 2nm 工藝機臺投入生產。然而，此前曾有報道稱，臺積電中科 2nm 廠的交地時間可能會延后。為了應對這一潛在的風險，臺積電決定將高雄廠直接切入 2nm 項目，并預計在 2025 年實現量產。

臺積電的 2nm 芯片計劃采用 N2 平臺，并引入了 GAAFET（全柵場效應晶體管）納米片晶體管架構和背部供電技術，這些創新使得它們以更小的晶體管尺寸和更低的工作電壓實現更快的速度。據悉，臺積電研發的 2nm 制程技術在保持相同功耗條件下能比 3nm 工藝實現 10% 至 15% 的速率提升；而在相同速率下，功耗可降低 25% 至 30%。

蘋果作為臺積電最大客戶之一，多年來都會首發新工藝，且實現很長一段時間的獨占。比如目前 iPhone 15 Pro 已經發布四個月，但 A17 Pro 依然是獨享 3nm。據 MacRumors 最新報道，臺積電 2nm 工藝也依然會是蘋果首發，并且實現獨占。

全球半導體產業正處于激烈的競爭時代，當前臺積電、三星、英特爾等領先制程代工廠的技術研發不斷取得突破。2nm 級制程技術已經逐漸成為競爭激烈的半導體代工市場焦點。相較于目前使用的 4nm 工藝芯片，更高制程工藝無疑能夠為手機用戶帶來更長的續航時間、更好的性能和發熱控制，并且提供更多的功能。

三星電子已經計劃于明年啟動 2nm 制程技術的生產，并預計在 2047 年前投資 500 萬億韓元，在韓國興建一座超大規模的半導體生產基地專注于 2nm 制程技術的制造。根據三星此前發布的技術路線圖，預計 2025 年面世的 2nm 級 SF2 工藝可提升同等條件下 25% 的功耗效率、12% 的性能以及 5% 的面積。

英特爾則表示已完成了代號為 Intel 20A（2 納米級）和 Intel 18A（1.8 納米）芯片制造工藝的研發。據悉，英特爾的 Intel 20A 制造工藝依賴于柵極全能 RibbonFET 晶體管，使用背面供電，該工藝可以縮小金屬間距，這是一項重大的創新，但具有一定的風險。Intel 18A 制造工藝將在 Intel 20A 工藝的基礎上，采用該公司的 RibbonFET 和 PowerVia 技術進行進一步完善，并進一步地縮小晶體管尺寸。預計英特爾將在 2024 年上半年開始商用 Intel 20A 工藝，此舉有望在 2024 年讓英特爾一舉追平甚至超越其在該領域的競爭對手臺積電和三星。

隨著 EUV 光刻機在 7nm 以下制程的重要性日益增強，半導體大廠與 ASML 的合作也變得更加頻繁和緊密。目前臺積電與三星都在使用 EUV 設備進行制造，包括臺積電 7nm、5nm、3nm 制程，三星于韓國華城建置的 EUV Line (7nm、5nm 及 4nm)、以及 3nm GAA 制程等。在 2nm 制程上，臺積電、三星、英特爾、Rapidus 都已接洽 ASML，其目的正是為了能使 2nm 制程量產的關鍵設備，即 ASML 手中最新的 High-NA EUV 光刻機。

ASML 計劃在 2024 年生產 10 臺 High-NA EUV 光刻機，未來幾年 ASML 計劃將此類芯片制造設備產能提高到每年 20 臺，據業界預估，High-NA EUV 光刻機曝光季將會有五大客戶，包括英特爾、臺積電、三星、美光等。

其中，三星正準備確保下一代 High-NA EUV 光刻機的產量，預計這款設備將于今年晚時推出原型，明年正式供貨。值得注意的是，ASML 于今年 12 月中旬與三星電子簽署備忘錄，將共同投資 1 萬億韓元在韓國建立研究中心，并將利用下一代極紫外光刻機研究先進半導體制程技術。據悉，三星電子將在五年內從 ASML 采購 50 套設備，每套單價約為 2000 億韓元，總價值可達 10 萬億韓元。

英特爾將于今年年底導入 ASML High-NA EUV 光刻機，用在 Intel 18A 制程，據悉英特爾已采購其中 6 臺。英特爾強調，有了 High-NA EUV 光刻機，理論上可實現「四年五節點制程」目標。

Rapidus 決定在 2024 年年底引入 EUV 光刻機，并將派遣員工赴荷蘭 ASML 學習 EUV 極紫外光刻技術。Rapidus 正在北海道建設芯片工廠，計劃于 2027 年量產 2nm 制程芯片。