3nm量产再延期，技术路线是否太激进？

针对“台积电再度将 3 纳米芯片量产延期三个月”的消息，台积电近日回应称，3 纳米制程的发展符合预期，良率高，将在第四季度晚些时候量产。

同时，台积电总裁魏哲家也在近日法说会上提到，3 纳米进度符合预期，具备良好良率并将在第四季度量产，在高速运算和智能手机应用驱动下，客户对3纳米需求超过产能。

尽管台积电对3纳米芯片量产持乐观态度，但其在3纳米芯片仍然坚持FinFet工艺，是否就是其被传延期的根本原因呢?其工艺路线是否太激进?

据《日经亚洲》报道，苹果将在2023年成为第一家使用台积电最新3nm制程工艺的公司，即N3E(3nm Enhanced)制程工艺。据悉，N3E工艺芯片将用在苹果2023年的新款iPhone和Mac电脑上。

知情人士透露，苹果目前研发的A17处理器将使用台积电的N3E(3nm Enhanced)制程工艺进行大规模生产，预计2023下半年上市。知情人士还称，A17处理器将用在2023年发布的iPhone 15 Pro系列上，而基本款的iPhone 15将仍然采用A16处理器。此外，用于新款Mac电脑的M3处理器也将采用N3E制程工艺。

据悉，台积电员工在台湾新竹市的技术研讨会上透露，N3E工艺将比N3工艺提供更好的性能和能源效率。另外也有消息透露，与5nm工艺(N5)相比，在同等性能和密度的条件下，N3E的功耗降低34%、性能提升18%，晶体管密度提升60%。

此前，有消息人士透露，台积电内部决定放弃N3工艺，转攻2023下半年量产成本更优的N3E工艺。业内人士推测，导致该结果的主要原因是苹果对台积电第一代3nm芯片的效果不满意。由于采用第一代3nm工艺的客户较少，苹果又是台积电的主要大客户，所以台积电或将放弃3nm工艺，转而投入表现更好的N3E工艺。

综合以上信息，台积电今年第四季度量产的3纳米芯片是否会是“初代版本”呢? 而初代版本的3纳米工艺很可能因为不成熟，其良品率难以达到客户预期。

今年上半年，三星采用GAA工艺率先量产3纳米芯片，但很多性能指标上远不及台积电的N3工艺，比如晶体管密度。相对而言，台积电N3工艺路线是非常“保守”的，仍然采用FinFet工艺，这是否就是其3纳米芯片延期，甚至落后三星的根本原因呢?

实际上，在工艺路线选择上，台积电N3工艺跟英特尔10nm芯片工艺选择有些类似。Intel一直在10nm之前的工艺节点上“一骑绝尘”，但在10nm芯片上则直接翻车。有人总结其根本原因在于：Intel的10nm工艺芯是在“刀尖跳舞”，自信变成了自负。

当时，英特尔规划10nm工艺芯片时，由于EUV还无法商用化，就必须在不依赖EUV的情况下去生产10nm芯片。而英特尔可选的路子就只有两条：一是把10nm的技术规格控制在当时DUV光刻可接受的程度;二是在多重曝光技术SAQP上下****注，若成功顺带解决7nm工艺芯片的问题。

后来，Intel选了后面这条路线，把线宽拖到必须采用SAQP才能解决的宽度(目前DUV密度最高的工艺)。果不其然，Intel在10nm工艺芯片上遭遇失败。因此，Intel的10nm工艺芯片是不太符合当时的技术背景，规格高于技术栈的能力。

那么，台积电的3nm芯片选择FinFet工艺是否也有共同之处?根据目前的资料，台积电N3的预计密度是300，并且依旧是FinFet工艺。

相对而言，GAA肯定比FinFet更难造，但随着晶体管尺度向5nm甚至3nm迈进，FinFET本身的尺寸已经缩小至极限后，无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得岌岌可危，甚至物理结构都无法完成。因此，很多资深专业人士都认为，当工艺节点进阶到3nm时，FinFET已不可行，将转向GAA。

然而，台积电3纳米芯片仍然选择FinFET，是不是跟英特尔当年10纳米芯片一样，在技术极限挑战。那么，台积电3纳米芯片延期也在情理之中。

尽管3纳米技术是业界非常期待的技术，但由于其应用成本过高，且在绝大多数应用场景下都属性能过剩，导致其必然成为小众的芯片工艺技术。不过，正如上文所述，预计N3工艺不会被采用，毕竟初代版本技术成本太高、良率太低，而N3E工艺作为增强版将进一步提升性能、降低功耗、扩大应用范围，成为苹果的首选技术工艺。

在第三季度财报会议上，台积电透露了3nm工艺的最新进展，由于订单数量不如预期，项目的实际落地时间或将推迟至今年底。据悉，英特尔、AMD和英伟达都不再支持台积电首批3nm工艺，而苹果则按原计划生产A17仿生芯片与M3芯片。

毫无疑问，在芯片技术选择上，苹果才有财力和意愿支持台积电N3E工艺，进而保证其产品阵营的领先性。然而，英特尔、AMD和英伟达暂时不选择N3E工艺更多的是考量PC市场需求不旺，没有必要冒着良率不足的风险抢夺首批3nm工艺。

不过，毫无疑问，台积电3纳米工艺仍然是受欢迎的。据悉，台积电N3E工艺中256Mb SRAM的平均良率将达到80%，移动设备以及HPC芯片良率也为80%左右。受限于市场因素，英特尔、AMD和英伟达才搁置采用台积电N3E工艺芯片的计划。

为iPhone制造零部件的公司Murata Manufacturing(村田制作所)认为，智能手机销量的下降将持续到2023年。该公司估计，2021年，全球智能手机市场出货量为13.6亿部，而2022年的总销量可能低于12亿部，这主要由中国市场的需求下降导致。

Canalys预计，2022年第三季度，全球个人电脑市场面临需求大幅下降的趋势。台式电脑和笔记本电脑总发货量下降18%，至6,940万台。不利的宏观经济和行业因素削弱了个人电脑市场的势头，包括高通胀、利率上升和库存膨胀，这一趋势可能持续到2023年。

由此可见，台积电要指望N3E工艺赢得更多订单，可能需要再等一年，而N3E工艺对其经营业绩能带来多大助力还有待观察。

来源：电子工程专辑