臺積電發(fā)誓要在 2022 年下半年啟動其 3 納米工藝節(jié)點，但于 12 月 29 日在其位于臺灣南部科學園區(qū) (STSP) 的擴建制造工廠為這個尖端制造節(jié)點剪彩，勉強實現了這一目標。在三星開始生產基于全能柵極 (GAA) 技術的 3 納米芯片近六個月后，臺積電基于久經考驗的 FinFET 晶體管架構，成功實現了從 5 納米到 3 納米芯片制造工藝的全節(jié)點推進。

　　據媒體報道，蘋果已經獲得了臺積電第一代3納米工藝N3的100%初始供應，從基線開始。早期的報告顯示，N3工藝的良率可能高達80%。接下來，臺積電計劃在 2023 年下半年轉向更先進的 3 納米版本 N3E。那時，其他臺積電客戶——AMD、英特爾和高通——計劃在他們的芯片上采用3納米工藝。

　　N3采用超復雜工藝，采用24層多圖案極紫外(EUV)光刻技術，密度更大，因此邏輯密度更高。另一方面，N3E使用更簡單的19層單圖案技術，更容易生產，成本更低。與基線 N3 過程相比，它還將使用更少的功率和更高的時鐘。

　　臺積電首席執(zhí)行官C. C. Wei預計，3納米制造工藝在批量生產后的五年內價值將超過1.5萬億美元。然而，就目前而言，N3晶圓的成本約為20，000美元，而臺積電的5納米節(jié)點N5的成本為16，000美元。這就是為什么除了蘋果之外的芯片開發(fā)商在等待更經濟的N3E工藝節(jié)點時袖手旁觀的部分原因。

　　圖1 臺積電的第一個3納米節(jié)點，稱為N3，聲稱與該公司的5納米節(jié)點相比，在相同功率下性能提高15%，在相同速度下效率提高30%。源： 臺積電

　　與臺積電于 2020 年推出的 5 納米節(jié)點相比，這家大型晶圓廠聲稱其 N3 工藝的邏輯密度提高了 60% 至 70%，性能提高了 15%，同時功耗降低了 30% 至 35%。在這里，需要注意的是，臺積電的N5增強版，蘋果稱之為4納米，本質上生產5納米芯片。從這種增強的5納米工藝轉向新的3納米工藝也將帶來巨大的好處，包括更低的功耗和更高的密度，在同一區(qū)域內增加60%或更多的芯片邏輯和緩存。

　　3 nm 位于 智能手機大戰(zhàn)

　　臺積電的3納米技術可能會用于蘋果的A17片上系統(tǒng)(SoC)，預計將為今年晚些時候推出的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max型號提供動力。在這里，3納米技術有望比用于為iPhone 14 Pro和Pro Max制造A16 SoC的4納米技術提高35%。

　　據媒體報道，蘋果還可能圍繞臺積電的3納米技術為MacBook Air構建其M3芯片，該技術將于2023年晚些時候推出。同樣，對于將于2024年推出的MacBook Pro，M3 Pro和M3 Max芯片也有望利用3納米制造工藝節(jié)點。

　　據報道，臺積電最大的客戶蘋果公司占其收入的25%，已經預訂了整個N3供應。另一方面，蘋果在智能手機處理器前沿的主要競爭對手高通和聯發(fā)科已決定等待臺積電的第二代3納米技術N3E，該技術將于今年晚些時候上市。在這里，值得注意的是，雖然蘋果定制設計的SoC被整合到自己的最終產品中，但高通和聯發(fā)科等公司必須僅靠芯片獲利。

　　這可能就是為什么像高通和聯發(fā)科這樣的智能手機處理器供應商正在等待今年晚些時候推出更經濟的N3E節(jié)點的原因。這將不可避免地將采用3納米節(jié)點芯片的Android手機推向2024年及以后，進一步擴大蘋果在智能手機市場的領先地位。關于三星 Exynos 2300 芯片的報道相互矛盾，該芯片可能使用三星的 3 納米工藝;人們普遍預計它不會出現在S23或其他高端Galaxy手機中。

　　圖2 N3E工藝節(jié)點預計將于2023年下半年開始商業(yè)化生產。來源：臺積電

　　N3E工藝節(jié)點也在AMD和Nvidia等GPU供應商的雷達上，用于PC游戲等應用。

　　養(yǎng)育亞利桑那州

　　從技術角度來看，臺積電在這個新興的3納米工藝上進展順利，到目前為止，N3節(jié)點的斜坡一直很順利。臺積電高管稱N3為重磅節(jié)點。該公司首席執(zhí)行官Wei還預計3納米工藝將比其前身5納米節(jié)點更有利可圖。然而，3納米節(jié)點的出現恰逢臺積電在新地區(qū)的擴張以及國際貿易限制和制裁下的供應鏈困境。

　　臺積電創(chuàng)始人莫里斯·張(Morris Chang)抓住了公司新晶圓廠訂單背后的緊張關系，他宣稱全球化“幾乎已經死了”。該公司首席執(zhí)行官魏還抱怨地緣政治沖突，據他說，這創(chuàng)造了臺積電無法再在全球銷售硅片的環(huán)境。

　　數字 3 TSMS還在亞利桑那州的晶圓廠建立3納米制造能力。來源：臺積電

　　臺積電在亞利桑那州宣布的新晶圓廠于2020年宣布，將于2024年開始生產4納米芯片。隨后將建設第二家晶圓廠，該晶圓廠將于2026年開始生產3納米芯片。這意味著美國將在臺灣之后近三年掌握3納米制造工藝節(jié)點。

　　同樣，美國將在臺積電的4納米制造技術在臺灣上市兩年后獲得該技術。值得一提的是，臺積電雖然正在擴大其在美國及其他地區(qū)的制造設施，但它致力于在其臺灣晶圓廠保持最好的芯片制造技術。

　　萬億美元的業(yè)務

　　臺積電計劃今年在資本支出上花費320億至360億美元，以滿足對合同芯片制造不斷增長的需求。該預算的 70% 將用于高級節(jié)點：7 nm 或更小。在這里，雖然臺積電圍繞新的GAA技術構建的2納米節(jié)點很可能在2025年左右亮相，但在可預見的未來，3納米工藝看起來像是其主要的高級節(jié)點。

　　一個 數碼時代 報告稱，臺積電已逐步擴大3納米工藝產能，月產量將在2023年3月達到45，000片晶圓。據臺積電董事長Mark Liu稱，3納米節(jié)點的良率與制造周期同一點的上一代相當。

　　再加上蘋果成為第一家采用這種尖端工藝節(jié)點的芯片開發(fā)商，這表明臺積電的3納米工藝技術正在走上正軌。盡管這家半導體巨頭的基準N3節(jié)點收入為個位數百分比，蘋果是唯一的消費者，但仍達數十億美元。一旦N3的增強版N3E在今年晚些時候加入，其他針對高性能計算(HPC)和智能手機應用的大型芯片開發(fā)商加入3納米的競爭，一旦所有的錢在幾年內計算完畢，它可能會成為一個萬億美元的業(yè)務。