疯狂涨价的2nm芯片:一场少数人的内卷游戏

镁客网 2023-12-28 10:43:33

成本之下,多少芯片公司选择跟进?

近日,荷兰光刻机巨头ASML宣布,正向英特尔交付一台最新型高数值孔径(High NA)极紫外光刻机。

据ASML社交媒体公布的信息,一个印有ASML公司 LOGO的集装箱,将从荷兰埃因霍温发往英特尔的俄勒冈州晶圆厂进行组装。

这仅仅是这款光刻机的一部分——整个光刻机需要13个货柜、250个板条箱进行运输,组装起来大概有一辆卡车那么庞大。

除了体积大以外,这种光刻机的成本更是惊人,每台的成本超过了3亿欧元,是目前主流EUV光刻机的两倍之多。

但贵也有贵的道理,这是目前唯一能生产2nm芯片的光刻机。

而英特尔更是希望直接用这款设备生产Intel 18A 制程(1.8nm),目的是让竞争对手在2年内追不上自己。

另一方面,芯片制造商们的竞争,同时也是在考验着客户们的实力。

一场属于三巨头的内卷

自从2021年IBM发布全球首个2nm工艺后,各大晶圆代工厂便加速了2nm制程相关技术的研发。

这当中,不仅有台积电、三星这样的巨头,甚至吸引了8家老牌日企,他们共同组建了一家名为Rapidus的新企业,希望以“2nm”重振日本半导体。

提前布局新技术在芯片制造这一环节并不奇怪,包括目前最先进的3nm,早在多年前就已经实现量产。

但从各家巨头的财报分析可以看出来,2nm节点背后包含的意义更多。

有业内专家表示,2nm或许是硅芯片的“最后一战”。在往后推进,石墨烯很有可能作为一种新材料取代硅晶体管。

因此在研发2nm时,芯片制造商们推出了诸多与埃米制程有关的新工艺,目前就是在摩尔定律终结前,赶紧建立起技术优势。而这当中,台积电的优势最大。

可谁知,光刻机巨头ASML非常给力,靠着EUV光刻机硬是给摩尔定律续命多年,到了如今的2nm的节点,ASML的光刻机依然发挥着作用。

据报道,ASML最新型号的High-NA EUV光刻机可以将聚光能力从0.33提高至0.55,解析度也从13nm提高8nm,能够获得更精细的曝光图案。不仅可以用于2nm节点,再往下的节点同样适用。

这就意味着,作为目前芯片制造最核心的部件,谁掌握了最新款的光刻机,谁就有机会抢占这个关键节点。

在2024年,ASML只计划生产10台新款光刻机,其中6台已经英特尔提前锁定,剩下的几台被三星与台积电瓜分。

那么除了三巨头以外,包括SK 海力士和美光等芯片制造商,只能排队到2025年,而这刚好是三巨头量产2nm的时间点。

三巨头内卷,客户“遭罪”

这边是三巨头们在2nm上内卷。而另一边,大客户们还在为3nm芯片犯愁。

按照苹果给出的数据,采用台积电3nm工艺的A17 Pro,晶体管数量为190亿,比前代A16增加了近20%,但CPU性能却只提升了约10%左右。

唯一的亮点是GPU性能,在增加一颗核心数后,峰值性能提升了20%。不过代价是的峰值功率达到了惊人的14W,被不少人吐槽有“发烧问题”。

除了性能提升小外,3nm的良率也并不乐观。

有业内行业分析称,台积电、三星的 3nm 工艺良率目前都在50%左右,直到明年高通等大客户大批量出货后,3nm芯片的良率才会爬升到70%左右。

作为先进制程,由于工艺难度和材料限制,良率低很正常。但按照惯例,代工厂并不承担不良芯片的成本,这部分还是由客户自行承担。

而良率越低的情况下,成本就会越高。

据DigiTimes一份报告显示,台积电3nm晶圆的成本大约为2万美元。随后又有多家媒体报道称,每块晶圆的成本可能会上升到2.5万美元。

这其中除了代工方前期投入的设备、技术等成本以外,废片的成品也被包含在内——作为最早采用3nm工艺的芯片公司,苹果已经承担了高昂的前期成本。

而真正到了2nm节点开始量产后,成本的增长更是惊人。

研究机构IBS分析师在接受日经采访时直言,与3nm处理器相比,2nm的成本增长约50%,这就意味着届时2nm芯片每片晶圆的价格将达到3万美元。

除了开头提到的ASML新款光刻机以外,新工厂的建设成本、芯片设计成本都会算到其中。

可即便成本越来越高,芯片公司们还得挤破头抢占代工厂的订单,毕竟能代工先进制程的制造商,目前仅剩下台积电、三星、英特尔这三家。

一旦出现供不应求的情况,最后受伤的还是这些大客户。

AI芯片会有影响吗?

比起手机芯片,AI芯片对于先进制程的要求并不是那么高。

这主要是因为两者对于芯片的要求不同,AI芯片更加强调芯片之间的通信问题,算力不足往往是芯片通信效率背锅。

而GPU因为其高性能、高并行度、高吞吐量和低延迟等特点,非常适合用作AI芯片。

靠着在GPU领域的布局,英伟达建立了非常高的壁垒。在与台积电绑定产能后,这个壁垒的门槛将越来越高。

目前来说,想为英伟达找到一个可行的竞争对手已经是一件非常困难的事情。

在前有AMD、后有亚马逊、OpenAI、甚至微软的情况下,英伟达在2023年牢牢掌握了AI芯片的霸主地位,并且可能持续很久。

在这种情况下,英伟达完全不需要冒险投入最新工艺制造AI产品,这样就可以避免承担早期高昂的芯片成本。

至于其竞争对手,是否选择承担2nm工艺高成本的影响?

只能说,这是一场少数人的游戏。

本文作者:jh,观点仅代表个人,题图源:网络

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