3nm, in high demand

昨天，台積電交出了一份出色的成績單，這帶動公司股價再創歷史新高。

如下圖所示，在台積電三季度的營收中，5nm 成為了公司的主要工藝，貢獻了本季度 32% 的營收。從下圖有右可以看到，這種狀況從 23 年 Q1 以來維持至今。在當季度，5nm 貢獻了台積電 31% 的營收，7nm 僅為 20%。而上一季度（22 年 Q4），7nm 和 5nm 的貢獻不分伯仲。

隨後的時間裏，5nm 一直是公司的營收擔當，但 3 納米正在悄然崛起。自 2022 年台積電成功量產 3 納米鰭式場效電晶體（3nm FinFET，N3）製程技術，短短兩年，該先進工藝已為其營收貢獻了不菲的份額。

隨着 AI 應用的爆發式增長，各大芯片廠商紛紛搶灘 3nm，一場激烈的市場爭奪戰已全面打響。

七大芯片巨頭，扎堆擠進 3nm

在眾多細分領域中，手機芯片，例如蘋果的 A 系列，一直以來都是半導體工藝的 “風向標”，率先採用最先進的工藝節點。然而，隨着人工智能的迅猛發展，AI 芯片也開始在這一領域嶄露頭角，甚至成為了新的 “領跑者”。目前諸多 AI 芯片公司幾乎都加入了台積電 3nm 新節點的爭奪戰。

3nm 是當下最先進的已經量產的工藝節點。2022 年，台積電領先業界成功量產 3 納米（N3）製程技術。N3 是繼 5 納米（N5）製程技術之後的另一個全世代製程。而在 N3 製程技術之後，台積電又推出能夠支持更佳功耗、效能與密度的強化版 N3E 及 N3P 製程。此外，台積公司進一步提供廣泛的技術組合滿足客户多樣化的需求，其中包括為高效能運算應用量身打造的 N3X 製程、以及支持車用客户及早採用業界最先進製程技術的 N3AE 解決方案。

目前台積電 3nm 項目清單中包括 Apple A18、Apple M4 和用於 iPhone 的 A19 芯片、高通即將推出的驍龍 8 Gen4 芯片、英特爾的新款 Lunar Lake 和 Arrow Lake CPU、AMD 的新款 Zen 5 CPU 和即將推出的 Instinct MI350 系列 AI 加速器，以及 NVIDIA 的下一代 Rubin R100 AI GPU（將搭載未來一代 HBM4 內存）、聯發科的新款 Dimensity C-X1（汽車芯片）。

蘋果自去年的 A17 Pro 芯片開始，就率先使用了 3nm 工藝。今年的 A18 和 A18 Pro 則更進一步，分別採用的是台積電 N3E 和 N3P 工藝。據天風國際分析師郭明錤的推文透露，蘋果 2025 年 iPhone 17 的處理器 A19 Pro 芯片，將繼續採用台積電的 N3P 工藝/3 納米技術製造。2026 年 iPhone 18 型號的處理器預計將使用台積電的 2 納米技術。然而，出於成本方面的考慮，並非所有新款 iPhone 18 都將配備 2 納米處理器。

自從蘋果自研電腦芯片 M 系列以來，M 芯片也和 A 系列芯片一樣，迅速採用先進工藝。去年蘋果的 M3 系列就開始使用 3nm 工藝。而下一代 M4 芯片，將採用台積電第二代 3nm 製程，晶體管數量達 280 億。

高通是除蘋果之外最大的手機芯片供應商。高通的驍龍 8 Gen 4 今年也開始採用 3nm 製程。隨着高通驍龍峯會的鄰近，高通驍龍 8 Gen 4 也釋放出了更多的細節。據悉，這是高通首款搭載自研 Oryon 內核的智能手機 SoC，將採用台積電 3nm N3E 工藝量產。高通這次將其命名為驍龍 8 Elite，不再沿用此前的 “第四代驍龍 8” 的命名方式。這款芯片也將成為安卓陣營的旗艦標杆。

不過在此之外，高通的一大競爭對手聯發科已經率先發布了天璣 9400，這是聯發科首款 3nm 芯片組，採用台積電第二代 3nm 工藝 N3E，能效提高高達 40%。聯發科稱，這是唯一一款搭載最新 Armv9.2 CPU 優勢的旗艦 5G 智能手機芯片。

谷歌的 Tensor 系列手機芯片過去四代一直採用三星的工藝代工，不過從 Tensor G5 開始谷歌將轉向台積電，採用台積電 3nm 工藝，並搭配台積電的 InFO-POP 封裝。Tensor G5 是谷歌首款完全自主設計的手機芯片，此前四代 Tensor 芯片均基於三星 Exynos 平台進行修改定製。這對三星來説，又失去了一個重要客户，由於三星代工廠的產量和功率效率存在問題。

不過智能手機市場進入平緩期已成為行業共識，而以 ChatGPT 為代表的人工智能市場卻展現出勃勃生機。英偉達、AMD 和英特爾三家芯片巨頭正全力投入 AI 芯片的研發和生產，力爭在 AI 芯片市場分得一杯羹。

英偉達的 Rubin AI GPU 被業界傳言將採用 3nm 工藝，但 Rubin 架構的 GPU 預計要到 2026 年才能上市，因此英偉達將在幾大巨頭中最晚推出 3nm 芯片。目前，英偉達正在全力研發 Blackwell GPU，消息稱該 GPU 在未來一年的供應已經售罄。不得不説，英偉達的 GPU 確實非常搶手，在工藝上也不必過於激進。

AMD Instinct 系列 GPU 是面向 AI 市場的重要武器。Instinct 此前一直採用 5 納米/6 納米雙節點的 Chiplet 模式，而從多次 AMD 所公佈的路線圖來看，到了 MI350 系列，就升級為了 3 納米。下一代 Instinct MI350 系列將於 2025 年上市。AMD 表示，Instinct MI350 系列將基於 3nm 工藝節點，還提供高達 288 GB 的 HBM3E 內存，並支持 FP4/FP6 數據類型。

來到英特爾方面，首先英特爾的 AI PC 處理器 Lunar Lake SoC 已經使用了 3 納米，採用了英特爾的 Foveros 3D 封裝技術，芯片生產外包給了台積電。Lunar Lake 架構主要由兩個組件構成：計算芯片和平台控制器芯片。整個計算塊，包括 P 核和 E 核，都建立在台積電的 N3B 節點上，而 SoC 塊則使用台積電 N6 節點製造。

英特爾另外一款要採用 3nm 的芯片是代號為 Falcon Shores 的獨立 GPU，但是隨着近來英特爾所面臨的巨大挑戰，英特爾似乎正在做一些調整，其中包括裁員、削減成本、推出訓練市場轉而聚焦在 x86 架構推理方面，這些可能會影響到 Falcon Shores，該產品原本預計將於明年發佈。

聯發科除了做手機處理器之外，也瞄準廣闊的 AI 市場。今年 4 月 26 日，聯發科在北京車展發佈天璣汽車平台新品，天璣汽車座艙平台 CT-X1 採用 3nm 製程，CT-Y1 和 CT-YO 採用 4nm 製程，為智能座艙帶來了巨大的算力突破。

聯發科也有意進軍 AI PC，此前據報道，聯發科技與英偉達正在合作開發一款採用 3nm 製程的 AI PC 芯片。該芯片預計在 2025 年下半年實現量產。這款芯片將搭載英偉達的 GPU IP，為 AI PC 提供強大的圖形處理和人工智能計算能力，以此進入高端筆記本電腦市場。

可以看出，下一代的 AI 芯片都在擁抱 3nm，為什麼 AI 芯片會如此青睞先進工藝？

• 算力需求激增：AI 模型的複雜度不斷攀升，對芯片的算力要求也與日俱增。先進工藝能提供更高的晶體管密度和更快的運算速度，從而滿足 AI 計算的龐大需求。
• 能效比至關重要：AI 芯片不僅要快，還要省電。先進工藝能帶來更低的功耗，延長設備的續航時間，這對於移動端的 AI 應用尤為關鍵。
• 市場競爭激烈：AI 芯片市場競爭異常激烈，各大廠商紛紛推出自己的產品。採用先進工藝，不僅能提升產品的性能，還能在市場競爭中佔據優勢。

台積電賺翻了

在先進的 3 納米芯片領域，台積電無疑是當之無愧的領跑者。由於三星的良率問題以及英特爾尚未實現量產，台積電在這一製程上獨佔鰲頭。2023 年第四季度，儘管僅有蘋果一家客户採用台積電的 3 納米工藝，但其營收仍佔公司總收入的 15%，高達 29.43 億美元，充分彰顯了這一先進製程的巨大潛力。

今年第一季度和第二季度，3 納米工藝節點在台積電的總營收中佔比分別為 9% 和 15%。其中，一季度的佔比相對較低，主要受到智能手機市場季節性波動的影響。進入三季度，如上圖所示，3 納米佔了公司 20% 的營收。台積電財務長黃仁昭表示，2024 年第三季業績受惠於智慧型手機和 AI 相關應用對 3 納米和 5 納米技術的強勁需求，此一態勢可望持續至第四季。第四季合併營收預計介於 261 億美元至 269 億美元之間。

不過據《電子時報》報道，憑藉 3 納米和 5 納米這兩個高端製程，台積電有望在前三季度創造約 1 萬億新台幣（310 億美元）的營收。2024 年前三個季度台積電的收入總計新台幣 20,258.5 億元，比 2023 年同期增長 31.9%。

隨着越來越多的客户採用該製程，3nm 工藝節點將在台積電的收入中佔據相當大的份額。據 ICSmart.cn 報道，今年台積電的 N3 系列節點（包括 N3B 和 N3E）將在 2024 年佔到該代工廠總收入的 20% 以上。預計 2025 年，3nm 將佔台積電 2025 年收益的 30% 以上。

考慮到 AI 需求旺盛，加上蘋果、高通等 IC 設計公司的消費產品訂單，台積電產能仍然緊張。

供不應求的情況下，漲價之勢就起來了。據悉台積電計劃將 3nm、5nm 等先進製程的價格上調 8%，以確保長期穩定的利潤率。

此前 DigiTimes 指出，台積電將對其尖端 3nm 芯片收取更高的價格，3nm 將突破 2 萬美元。這也意味着下一代 CPU 和 GPU 將比現在更加昂貴。生產成本的大幅上漲，芯片行業勢必會將其轉嫁給下游客户和消費者。據瞭解，高通上一代驍龍 8 Gen3 處理器芯片本身售價約為 200 美元，但新款驍龍 8 Gen4 處理器售價可能超過 250 美元，這無疑會使新旗艦智能手機的價格更高。

除了製程先進以外，有傳聞稱台積電也因 AMD、NVIDIA 等大廠對 AI 芯片的需求，CoWoS 產能也是一大問題。《工商時報》引述業界消息指出，台積電計劃在第 3 季前新增 CoWoS 相關機台，並已要求設備廠商增派工程師，以充實龍潭 AP3 廠、竹南 AP6 廠及中部科學園區 AP5 廠的產能。

MoneyDJ 報道中引用的消息人士此前估計，台積電 CoWoS 產能仍然供不應求，今年每月產能為 3.5 萬至 4 萬片。加上額外的外包產能，明年的產量可能達到每月 6.5 萬片以上，甚至可能更高。

寫在最後

總的來説，七大芯片巨頭，扎堆擠進 3nm，這不僅是一場技術競賽，更是一場關於產能的角逐。隨着 AI、5G 等技術的不斷發展，對芯片性能的需求將日益增長。3nm 工藝的成熟應用，將為這些新興技術提供堅實的底層支撐，推動整個電子產業邁向新的高度。然而，技術的進步也伴隨着挑戰，如高昂的製造成本、良率問題等。

未來，如何平衡性能、功耗和成本，將是芯片廠商們面臨的重要課題。不過，對台積電來説，好日子依然在向他們招手。

日經亞洲報導，台積電董座兼 CEO 魏哲家表示，一家主要客户透露，AI 需求旺到「瘋」。他認為這只是開始，這波態勢可望延續好幾年。魏哲家稱，幾乎所有 AI 公司皆與台積電合作，因此 TSMC 對產業前景的看法，可説是既廣且深。

而且，按照魏哲家所説，公司 2nm 客户詢問度高於 3 嗎，，A16 需求也很強。

魏哲家表示，高速運算（HPC）加速往小芯片（Chiplet）設計，但並不會影響 2nm 採用，且客户目前對 2nm 需求也比 3nm 還高，預計產能也將會更高。至於最先進的 A16 需求也很強，A16 對 AI 服務器應用有很強的吸引力，台積電積極準備相關產能，以應對客户需求。

“法人關注未來 PC、智能手機需求，預計未來 PC、手機出貨量會是個位數成長，但硅含量成長將超過出貨量。” 魏哲家説。

本文作者：杜芹 DQ，來源：半導體行業觀察，原文標題：《3nm，被瘋搶》。