全球知名半导体公司台积电官宣：正式启动2nm工艺的研发
近日，全球知名半导体公司台积电官宣：正式启动2nm工艺的研发，工厂设置在位于***新竹的南方科技园，预计2024年投入生产。
7nm，5nm，3nm，现在终于开始进入2nm了！
几十年来，半导体行业进步的背后存在着一条金科玉律，即摩尔定律。摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。
然而，在摩尔定律放缓甚至失效的今天，全球几大半导体公司依旧在拼命“厮杀”，希望率先拿下制造工艺布局的制高点。英特尔终于进入 10nm 工艺时代并将在后年转入 7nm，台积电、三星则纷纷完成了 7nm 工艺的布局并奔向 5nm、3nm。
而就在近日，台积电官方宣布：正式启动2nm工艺的研发！
据官方宣布，工厂将落脚在中国***新竹的南方科技园，预计研发工作将于2024年完成并投入生产。
台积电：全球第一家官宣2nm工艺
从2018年末到2019年，随着7nm制程工艺逐渐进入消费领域，台积电和三星都已经谈到了他们对5nm和3nm工艺节点的计划。
而根据近期的消息，台积电有了更多的运作计划，将工艺推进到3nm，甚至2nm！台积电也是全球第一个宣布开始研发2nm工艺的厂商。
台积电厂务处处长庄子寿表示：
台积电在***的第一家3nm工厂将于2021年投产，并将于2022年实现大规模生产。
与此同时，为了对抗三星的竞争，台积电正在推进2nm制程的研发和生产计划。
而就在几天前，台积电在***新竹的3纳米研发厂房顺利通过环评，预计可顺利赶上量产时程。台积电也透露预计把五年后的 2 奈米厂研发及量产都放在新竹，选址部分原因是为避免人才流失，目前台积电在新竹有约7000名半导体制程研发人才。
按照台积电给出的指标显示，2nm工艺是一个重要节点，metal track（金属单元高度）和3nm一样维持在5x，同时gate pitch（晶体管栅极间距）缩小到30nm，metal pitch（金属间距）缩小到20nm，相比于3nm都小了23%。
台积电没有透露2nm工艺所需要的技术和材料，看晶体管结构示意图和目前并没有明显变化，能在硅半导体工艺上继续压榨到如此地步真是堪称奇迹，接下来就看能不能做到1nm了。
当然，在那之前，台积电还要接连经历7nm、6nm、5nm、3nm等多个工艺节点。
其中，7nm+首次引入 euv 极紫外光刻技术，目前已经投入量产；6nm只是 7nm 的一个升级版，明年第一季度试产；5nm全面导入极紫外光刻，已经开始风险性试产，明年底之前量产，苹果 a14、amd 五代锐龙 (zen 4 都有望采纳)；3nm 有望在 2021 年试产、2022 年量产。
全球主流半导体公司工艺水平大比拼
接下来，对不同芯片生产商的制造技术进行了一个排名，如下表所示，可以较为便捷地了解哪种工艺更为先进。表中密度以mtr/mm2计算，其代表每平方毫米数百万个晶体管。截至2019年1月，英特尔的10nm技术依然领先于台积电和三星的7nm技术。
来源：根据公开数量整理
有一点需要注意，上述数字在某些情况下是近似的。但是，这不会影响排名。如果更深入地研究这个问题，英特尔的10nm比台积电7nm的sram稍微密集一些。但台积电的7nm实际上比英特尔的逻辑单元更密集，这使事情变得更加复杂，却很有意思。
由于英特尔的10nm还没有大规模生产，台积电的7nm是目前市场上明显的赢家。
接下来，对比看看tsmc、globalfoundries、三星和英特尔等不同制造商的不同工艺节点都有什么特点。
台积电
台积电是目前世界上最大的独立半导体代工制造商。台积电与世界上一些最大的芯片设计商合作，如nvidia，amd，高通，苹果，华为和联发科。截至2019年1月，台积电凭借其7nm制造工艺引领新一代的高端技术竞争，该工艺已经开始批量生产，iphone xs和华为mate 20 pro等顶级手机品牌都采用了这一技术。
7nm
首先，让我们看看最近一年来炒作最火热的台积电7nm工艺。tsmc的7nm工艺实际上有多种变体，7nm ff/ff+（finfet和finfet+）的晶体管密度约为96.49 mtr/mm?，7nm hpc的晶体管密度为66.7 mtr/mm?。
7nm finfet工艺是tsmc自身10nm工艺密度的1.6倍。此外，与10nm技术相比，7nm工艺可使性能提高20％，功耗降低40％。
目前该技术主要用于：a12 bionic（iphone xs max），snapdragon 855，kirin 980，zen 2（ryzen 3000 series）。
10nm
台积电的10nm节点工艺的密度为60.3 mtr/mm?，是自身12nm/16nm节点密度的2倍多，速度提高了15％，功耗降低了35％。
目前该技术主要用于：apple a11 bionic，kirin 970，helio x3。
12nm/16nm
与20nm工艺相比，台积电16nm的速度提高近50％，功耗降低60％，其密度为28.2 mtr/mm2。
台积电的12nm技术或多或少是一种营销噱头，类似于他们的16nm节点。这个12nm节点只是它们重新命名的16nm工艺，具有更好的栅极密度和较少的优化。12nm工艺的估计密度约为33.8 mtr/mm?。台积电的12nm和16nm工艺为麒麟、联发科处理器和nvidia的geforce 10系列等提供代工服务。
主要用于：nvidia图灵gpu（geforce 20系列），麒麟960，麒麟659，麒麟710，helio p60，helio p70，apple a10 fusion处理器。
英特尔
英特尔是全球第二大芯片制造商。曾几何时，英特尔在半导体市场处于绝对的领先地位，但其10nm工艺的一再延迟使其在高端技术上已经相当落后。
7nm
2018年12月，英特尔宣布他们正在开发7nm工艺，并且正在按计划进行。英特尔7nm工艺将使用euvl（极紫外光刻）制造，预计晶体管密度将达到242 mtr /mm?，是10nm工艺 的2.4倍。
现状：正在进行中。
10nm
英特尔的10nm工艺最初预计将于2016年首次推出，但截至2018年底，它已被推迟3次！
英特尔10nm工艺密度约为100 mtr /mm?，是14nm工艺的2.7倍。从这一点看，英特尔的10nm相当于其他公司所标榜的7nm技术。
现状：英特尔正在努力提高良率，可能在2019年末进入批量生产。
用于：core i3-8121u处理器。
14nm
英特尔的14nm工艺晶体管密度估计为43.5 mtr/mm?。截至目前，从broadwell到coffee lake，都拥有相同的14nm技术，已用于其5代处理器之中。然而，这款14nm技术仍然优于台积电的16nm/12nm和三星的14nm技术。
英特尔还推出了14nm+和14nm++，只是进行了微小的改进。
主要用于：英特尔的第5代，第6代，第7代，第8代和第9代移动和桌面处理器。
由于10nm节点的延迟，英特尔简单地改进了他们的14nm节点，在性能和功耗方面略有改进，并将它们命名为14nm +和14nm ++。这些只是微小的改进，并没有进行晶体管密度微缩。
三星
2017年7月，三星取代英特尔成为全球最大的芯片制造商。对于几乎相同的工艺节点，三星芯片的晶体管密度与tsmc相当。三星为高通、苹果、nvidia和许多其他厂商生产芯片，并且还将其14nm工艺许可给globalfoundries。
7nm
三星在2018年下半年在世界上首次采用euv技术生产了7nm芯片，工艺密度为95.3 mtr/mm?。相比10nm技术，性能提高了20％，同时功耗降低了50％。
现状：已进入批量生产。
8nm
三星的8nm工艺也称为8nm lpu（low power ultimate），它只是其10nm工艺的延伸。就晶体管密度而言，它与台积电的7nm hpc工艺非常相似，其密度为61.18 mtr/mm?。该技术用于制造exynos 9820芯片，将在2019年即将推出的galaxy s10和galaxy note 10中使用。
用于：exynos 9820处理器。
10nm
三星10nm工艺有两种变体，10nm lpe（low power early）和10nm lpp（low power plus）。其第二代工艺（10nm lpp）性能提高了10％，密度为51.82 mtr /mm?，是14nm工艺密度的1.6倍。
适用于：snapdragon 835，snapdragon 845，exynos 9810，exynos 8895，exynos 961。
11nm
与14nm lpp（low power plus）工艺相比，11nm lpp（low power plus）工艺可提供高出15％的性能。但是，功耗保持不变，这个过程更像是对14nm工艺的扩展。
用于：snapdragon 675。
14nm
三星的14nm工艺是其最广泛使用的制造节点之一，该工艺的晶体管密度为32.5 mtr /mm?，主要用于nvidia的geforce 10系列，以及许多qualcomm和exynos芯片。它有多种变体，14nm lpe（low power early）和14nm lpp（low power plus）。
用于：nvidia geforce 10系列，snapdragon 820，snapdragon 821，exynos 8890，exynos 7870。
globalfoundries
globalfoundries（格罗方德，格芯）是一家美国半导体公司，为高通、amd和broadcom等各种品牌制造处理器。
7nm
此前，得益于三星背后的支持，globalfoundries的7nm走在前列，而且2018年3月还邀请少数资深记者前往旗下最先进的纽约malta的fab 8工厂，介绍他们计划向7nm euv光刻技术推进。然而，计划赶不上变化。18年8月宣布，出于经济因素考虑，搁置7nm lp项目，将资源回归到12nm/14nm finfet以及12fdx/22fdx上。
尽管曾有许多业内专家估计它的7nm技术比台积电的7nm还要更加密集，但globalfoundries目前已经停止了他们的7nm开发，已经不会再与台积电竞争。按照anandtech的报道，gf的5nm和3nm研发也将终止，已经逐步停掉与ibm硅研发中心在这方面的合作。
12nm
globalfoundries 12nm工艺的性能比其前代产品提高了15％，密度提高了10％。ryzen 2000系列便基于其12nm节点技术。当前，gf的12nm/14nm多用在amd的锐龙处理器（ryzen 2000 series）、radeon gpu上，12fdx/22fdx则可以提供优质的性价，可用于集成模拟和射频组件上，如5g基带。
用于：zen +架构产品（ryzen 2000 series）。
14nm
globalfoundries实际上从三星那里获得了14nm技术。
用于：amd vega系列，ryzen第二代apu，radeon 500系列。
目前，globalfoundries已经停止一切与7nm工艺有关的投资研发，转而专注现有的14/12nm finfet工艺和22/12nm fd-soi工艺，提供包括射频、嵌入式存储器和低功耗等一系列创新ip及功能，并调整相应研发团队来支持新的产品组合方案，这一选择可能和最近几年窘迫的财务状况有关。
中芯国际
据最近报道，中芯国际在14nm finfet技术开发上已经获得重大进展，良率已高达95％，其第一代finfet技术研发已进入客户导入阶段，并且将在今年上半年投入大规模量产。
同时，12nm的工艺开发也取得突破。中芯国际的14nm/12nm进展，对于中国集成电路产业来说是一个极大利好，但是与全球的先进技术相比，中国还比较落后，还需要整个产业共同努力，以便早日在世界高端芯片制造领域占据一席之地。
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当然，在那之前，台积电还要接连经历7nm、6nm、5nm、3nm等多个工艺节点。
其中，7nm+首次引入 euv 极紫外光刻技术，目前已经投入量产；6nm只是 7nm 的一个升级版，明年第一季度试产；5nm全面导入极紫外光刻，已经开始风险性试产，明年底之前量产，苹果 a14、amd 五代锐龙 (zen 4 都有望采纳)；3nm 有望在 2021 年试产、2022 年量产。
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台积电的10nm节点工艺的密度为60.3 mtr/mm?，是自身12nm/16nm节点密度的2倍多，速度提高了15％，功耗降低了35％。
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12nm/16nm
与20nm工艺相比，台积电16nm的速度提高近50％，功耗降低60％，其密度为28.2 mtr/mm2。
台积电的12nm技术或多或少是一种营销噱头，类似于他们的16nm节点。这个12nm节点只是它们重新命名的16nm工艺，具有更好的栅极密度和较少的优化。12nm工艺的估计密度约为33.8 mtr/mm?。台积电的12nm和16nm工艺为麒麟、联发科处理器和nvidia的geforce 10系列等提供代工服务。
主要用于：nvidia图灵gpu（geforce 20系列），麒麟960，麒麟659，麒麟710，helio p60，helio p70，apple a10 fusion处理器。
英特尔
英特尔是全球第二大芯片制造商。曾几何时，英特尔在半导体市场处于绝对的领先地位，但其10nm工艺的一再延迟使其在高端技术上已经相当落后。
7nm
2018年12月，英特尔宣布他们正在开发7nm工艺，并且正在按计划进行。英特尔7nm工艺将使用euvl（极紫外光刻）制造，预计晶体管密度将达到242 mtr /mm?，是10nm工艺 的2.4倍。
现状：正在进行中。
10nm
英特尔的10nm工艺最初预计将于2016年首次推出，但截至2018年底，它已被推迟3次！
英特尔10nm工艺密度约为100 mtr /mm?，是14nm工艺的2.7倍。从这一点看，英特尔的10nm相当于其他公司所标榜的7nm技术。
现状：英特尔正在努力提高良率，可能在2019年末进入批量生产。
用于：core i3-8121u处理器。
14nm
英特尔的14nm工艺晶体管密度估计为43.5 mtr/mm?。截至目前，从broadwell到coffee lake，都拥有相同的14nm技术，已用于其5代处理器之中。然而，这款14nm技术仍然优于台积电的16nm/12nm和三星的14nm技术。
英特尔还推出了14nm+和14nm++，只是进行了微小的改进。
主要用于：英特尔的第5代，第6代，第7代，第8代和第9代移动和桌面处理器。
由于10nm节点的延迟，英特尔简单地改进了他们的14nm节点，在性能和功耗方面略有改进，并将它们命名为14nm +和14nm ++。这些只是微小的改进，并没有进行晶体管密度微缩。
三星
2017年7月，三星取代英特尔成为全球最大的芯片制造商。对于几乎相同的工艺节点，三星芯片的晶体管密度与tsmc相当。三星为高通、苹果、nvidia和许多其他厂商生产芯片，并且还将其14nm工艺许可给globalfoundries。
7nm
三星在2018年下半年在世界上首次采用euv技术生产了7nm芯片，工艺密度为95.3 mtr/mm?。相比10nm技术，性能提高了20％，同时功耗降低了50％。
现状：已进入批量生产。
8nm
三星的8nm工艺也称为8nm lpu（low power ultimate），它只是其10nm工艺的延伸。就晶体管密度而言，它与台积电的7nm hpc工艺非常相似，其密度为61.18 mtr/mm?。该技术用于制造exynos 9820芯片，将在2019年即将推出的galaxy s10和galaxy note 10中使用。
用于：exynos 9820处理器。
10nm
三星10nm工艺有两种变体，10nm lpe（low power early）和10nm lpp（low power plus）。其第二代工艺（10nm lpp）性能提高了10％，密度为51.82 mtr /mm?，是14nm工艺密度的1.6倍。
适用于：snapdragon 835，snapdragon 845，exynos 9810，exynos 8895，exynos 961。
11nm
与14nm lpp（low power plus）工艺相比，11nm lpp（low power plus）工艺可提供高出15％的性能。但是，功耗保持不变，这个过程更像是对14nm工艺的扩展。
用于：snapdragon 675。
14nm
三星的14nm工艺是其最广泛使用的制造节点之一，该工艺的晶体管密度为32.5 mtr /mm?，主要用于nvidia的geforce 10系列，以及许多qualcomm和exynos芯片。它有多种变体，14nm lpe（low power early）和14nm lpp（low power plus）。
用于：nvidia geforce 10系列，snapdragon 820，snapdragon 821，exynos 8890，exynos 7870。
globalfoundries
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7nm
此前，得益于三星背后的支持，globalfoundries的7nm走在前列，而且2018年3月还邀请少数资深记者前往旗下最先进的纽约malta的fab 8工厂，介绍他们计划向7nm euv光刻技术推进。然而，计划赶不上变化。18年8月宣布，出于经济因素考虑，搁置7nm lp项目，将资源回归到12nm/14nm finfet以及12fdx/22fdx上。
尽管曾有许多业内专家估计它的7nm技术比台积电的7nm还要更加密集，但globalfoundries目前已经停止了他们的7nm开发，已经不会再与台积电竞争。按照anandtech的报道，gf的5nm和3nm研发也将终止，已经逐步停掉与ibm硅研发中心在这方面的合作。
12nm
globalfoundries 12nm工艺的性能比其前代产品提高了15％，密度提高了10％。ryzen 2000系列便基于其12nm节点技术。当前，gf的12nm/14nm多用在amd的锐龙处理器（ryzen 2000 series）、radeon gpu上，12fdx/22fdx则可以提供优质的性价，可用于集成模拟和射频组件上，如5g基带。
用于：zen +架构产品（ryzen 2000 series）。
14nm
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用于：amd vega系列，ryzen第二代apu，radeon 500系列。
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同时，12nm的工艺开发也取得突破。中芯国际的14nm/12nm进展，对于中国集成电路产业来说是一个极大利好，但是与全球的先进技术相比，中国还比较落后，还需要整个产业共同努力，以便早日在世界高端芯片制造领域占据一席之地。
奥迪在高速公路测试L4级自动驾驶
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