文章|半导体行业5nm良率仍在提升，3nm刚刚投产，各大晶圆厂对2nm的争夺已进入激烈阶段。
自从2021年IBM发布全球首个2nm制造工艺以来，晶圆代工厂的2nm工艺就如同按下了加速器一样，整个芯片市场也将越来越多的精力转向2nm。
2nm抢先 2019年，台积电宣布启动2nm工艺研发。
据悉，台积电首座2nm工厂——新竹N2工厂正在进行征地作业。
该工厂将分四期建设，共建设4座12英寸晶圆厂。
预计2024年量产苹果手机新一代芯片。
三星电子计划在未来三年内打造2nm工艺，追赶台积电，目标是到2025年量产先进的2nm芯片， 2027年实现1.4nm芯片。
自2021年提出IDM 2.0战略以来，英特尔就瞄准了从7nm到1.8nm的多代工艺研发计划，并计划一次推进一代。
2nm工艺将于2024年量产，1.8nm工艺将于2025年量产。
近期，丰田汽车、索尼集团等8家日本企业合作成立芯片公司Rapidus，目标到2030年开发和生产2nm及以下半导体。
日本政府将向Rapidus投资700亿日元（约合49.3亿日元）。
亿）加入八家企业支持者行列。
就连欧盟委员会也提出了数字化转型的最新目标：到2030年，欧洲先进且可持续的半导体产值将占全球GDP至少20%，产能冲刺至2nm，能源效率将是全球的10倍。
今天。
先进制造工艺的发展步伐正在加快，但3纳米技术尚未完全成熟。
为何多方开始布局2nm？ 2nm是如何流行起来的？ “在未来的技术节点，节距缩小将会放缓。
看来硅晶体管只能安全地缩小到2nm，之后，我们可能会开始使用石墨烯。
”芯片制造核心软件EDA巨头Synopsys）研究专家Victor Moroz的一句话表达了2nm技术的重要性：2nm可能是硅芯片的最后一战。
除了材料创新之外，2nm还涉及到许多新的埃工艺技术。
利用2nm的技术优势，相当于领先埃工艺。
台积电一直是代工领域的先行者，这个节点也成为了台积电的必争之地。
对于三星来说，2nm研究进程很大程度上是由台积电推动的。
苹果、英伟达、AMD、英特尔和高通一直是先进技术产能的预订者。
不过，在3nm工艺上，由于良率问题，三星的订单已经向台积电倾斜。
一家公司的主导地位导致价格上涨。
这个时候，三星如果能够在2nm上有所建树，肯定会带来不错的效益。
在产能方面，台积电一直是扩产的主要参与者，而EUV是2nm制造最重要的设备。
如果不迅速行动，本已供不应求的EUV光刻机机会将继续交付给台积电，因此三星必须加快步伐。
作为曾经的芯片制造巨头英特尔，在被台积电、三星在10nm、7nm拉宽后，积极探索2nm及更先进工艺的目的就比较明确了。
要想凭借先进工艺的发展重回王者地位，就必须抢占2nm高地。
这是不可避免的一步。
我们来看看2nm对于日本的意义。
对于日本来说，在全球疫情、缺芯、产业转型和地缘政治竞争等冲击下，各国推动半导体制造回流、打造自主产业链的努力成为新的“竞争场”。
曾经在半导体领域辉煌但逐渐衰落，在设备和材料领域依然保持强大竞争力的日本半导体产业，自然想要重返半导体制造高水平，将技术掌握在自己手中。
这个入口是2nm。
IBM 宣布正在与日本政府支持的芯片制造商 Rapidus 合作，帮助其制造最先进的芯片。
IBM是全球第一家发布2nm芯片制造技术的公司。
两家公司的此次合作也与今年5月美国和日本宣布合作生产2nm的信息相符。
为了争夺先进晶圆厂的头把交椅，各大厂商竞相以2nm作为先进工艺竞争的拐点。
不过，2nm能否快速到来还存在很大疑问。
毕竟2nm本身就是代工巨头们的赌注。
还有很多问题需要克服。
高墙和诸多技术壁垒难以逾越。
在“2nm技术大战”中，各家公司都在晶体管结构、光刻、材料、封装等方面争夺核心技术创新。
背面供电技术是三星、英特尔和台积电在2nm上的共同选择，但仍存在一定差距。
背面供电技术的量产应用还有很长的路要走。
例如，英特尔的背面电源网络在晶圆加工过程中提出了许多挑战，包括如何在下一代RibbonFET晶体管周围的狭小空间内图案化电接触特征而不影响其性能；以及如何减薄背面硅以确保可重复性。
并以受控方式提供尽可能直接和低电阻的连接。
同样，三星的MBCFET和台积电的GAAFET都是首次使用。
相关的蚀刻和测量问题尚未克服。
材料、化学品等也需要改进。
新工艺可能是由于整个制造过程中各个环节的不兼容。
造成很多不稳定。
与光刻机一起运行的2nm工艺对EUV光刻机的依赖性较高。
高数值孔径EUV技术、光源、掩模工具等技术亟待优化。
光刻工艺过程中互连金属电阻的恶化、高精度沉积和刻蚀工艺的需要以及电路三维集成和封装技术的发展都是2nm发展过程中必须解决的技术问题过程。
对于光刻机的数量，有日本专家做了推理和分析：从EUV层数来看，7nm+有5层，5nm有15层，3nm有32层，2nm将有45层。
预计2024年启动2nm量产，2025年扩大生产规模，届时所需的新型EUV光刻机数量预计为62台。
目前全球EUV主要依赖ASML，而年产能仅50台左右。
EUV设备的产量仍然是一个大问题。
3nm良率仍然较低。
目前，只有三星和台积电能够量产3nm。
三星今年6月开始量产3nm，但由于良率问题，三星一直无法接受太多订单。
据悉，三星3nm工艺的良率不超过20%。
为此，三星表示正在扩大与美国公司Silicon Frontline Technology的合作，希望利用对方的ESD（静电放电）预防技术来帮助三星晶圆厂改进前端（front-end）工艺和芯片表现。
在良率问题上，台积电的水平一直远高于三星。
据台湾媒体报道，台积电的一页PPT显示，其N3E工艺进展顺利，平均良率已达到80%以上。
不过按照之前版本的分类，N3是普通版，而N3E（增强版）本来就是性能增强版。
原计划是在N3一年后、2023年第三季度之后量产N3E。
但基于目前良率不理想的情况，N3E变成了规格减少的精简版。
看来台积电在3nm良率爬升中也遇到了较大阻力，因此多次修改3nm蓝图。
这是3nm的良率，更不用说2nm了。
市场能有多大？在最近的IEDM会议上，Marvell公布了一些数据，引用IBS来分析各个工艺的芯片开发成本。
28纳米工艺仅花费4280万美元，22纳米工艺花费6300万美元，16纳米工艺花费8960万美元。
后续先进工艺的开发成本直线上升。
7纳米需要2.486亿美元，5纳米需要4.487亿美元，3纳米需要5.811亿美元，2纳米工艺需要7.248亿美元的开发资金，约合人民币50亿元。
也就是说，如果一家公司想要开发一款先进技术的芯片，比如2nm处理器，别说几年的设计周期，光是投资就需要50亿元人民币，再加上台积电的3nm代工。
目前价格已突破2万美元（约合人民币14.3万元），下游成本大幅增加。
随着生产成本的飙升，芯片厂商势必将成本压力转嫁给下游客户。
但现在宏观经济前景黯淡，用户消费日趋理性，手机和PC市场持续下滑。
有多少终端厂商面临如此敏感的价格？如果敢贸然涨价，有多少消费者愿意买单？ 2nm的发展是否太仓促了？先进工艺虽好，但实施起来比较困难，有其适用范围和局限性。
在更广泛的领域，例如工业和军事领域，先进工艺芯片不如成熟工艺芯片可靠。
例如，民用芯片、工业芯片和军用芯片所需的正常工作温度范围有很大不同。
民用级要求为0℃~70℃，工业级要求为-40℃~85℃，军用级要求为-55℃~125℃。
这只是温度指标。
工业级和军用级芯片还具有抗干扰和抗冲击能力。
即使是航天级的抗辐射等要求，也很难用更精密、更小的先进工艺芯片来实现。
从应用领域来看，成熟的工艺已经可以满足大多数电子设备和国防装备的智能化需求；从技术水平来看，成熟工艺比先进工艺更加稳定可靠，产业链生态更加完整；最后，在经济成本方面，相比之下，对于量产规模较小、价格低廉的中低端电子设备来说，工艺成熟的芯片更具性价比。
而且，大多数应用领域并不需要使用更先进的2nm工艺。
对于复杂而庞大的芯片产业来说，制造工艺并不是衡量芯片价值的唯一标准。
产量和产量都很重要。