2nm芯片竞赛解析：2025年缺席背后与2026年爆发前瞻

在2025年，所有旗舰智能手机均未采用2纳米制程芯片。

iPhone 17所搭载的A19及A19 Pro系列芯片采用了台积电N3P工艺，即将发布的联发科天玑9500和高通第五代骁龙8至尊版同样会使用这一工艺。

在看似平静的局势下，联发科却带来了一个惊喜。

近日，联发科官方宣布其2纳米芯片（天玑9600）已完成设计流片，成为首批采用该技术的企业之一，预计明年年底投入量产。值得注意的是，该公司在量产前整整一年就公布了这一进展，这一提前量确实引人注目。

根据主要手机厂商的新品发布计划，到2026年底，除了2纳米的天玑9600，苹果A20系列、高通第六代骁龙8至尊版以及三星Exynos 2600，都将引入2纳米工艺。

可以预见，2纳米的“激烈竞争”将在2026年全面展开，但台积电和三星为2纳米预热多年，为何苹果iPhone 17的A19芯片未能用上？今年的“2纳米战争”又为何未能打响？

01 出乎意料，2纳米需求远超3纳米

在2024年10月17日的业绩说明会上，台积电总裁魏哲家谈到2纳米需求时，用了两句话形容：“非常多” 、“做梦都没想到需求比3纳米还多”。

这里产生了一个疑问：台积电今年4月1日才开始接受2纳米订单，下半年才启动量产，为何魏哲家在2024年10月就能预知2纳米的需求？

“台积电拥有顶尖的市场研究团队，能够整合全球各行业的需求，包括来自英伟达、特斯拉、AMD等公司的需求，”前台积电建厂工程师吴梓豪表示，“建设一座代工厂大约需要4年时间，这涉及产能规划，苹果、英伟达等无厂芯片设计公司必须提交订单预测。”

吴梓豪还透露，从无厂芯片设计公司的角度来看，不仅需要提前流片，研发过程中也需与晶圆厂提供的平台和技术对接，这些都是需求信息的重要来源。

此外，晶圆代工协议中的产能预测条款，要求客户向代工厂提供合理的订单预测，以便代工厂进行产能调度，这也部分反映了无厂芯片设计公司的需求状况。

根据TrendForce的数据，苹果、AMD、英伟达、联发科等公司均已预订台积电2纳米产能，其中不少是台积电的前十大客户，苹果在2024年贡献了25.18%的营收，成为台积电最大客户。

在这些客户中，联发科已公布量产时间，而按照手机厂商的发布安排，苹果很可能率先获得台积电2纳米产能，AMD则在台积电4月份释放产能时宣布，将在代号“Venice”的下一代霄龙数据中心处理器中采用2纳米工艺。

对于英伟达而言，Rubin已采用3纳米工艺，Rubin Ultra采用四颗GPU晶粒合封，封装尺寸难以进一步扩大，因此也将转向2纳米。

一位业内人士透露，比特大陆也是台积电2纳米工艺的客户，甚至可能成为全球首家采用台积电2纳米技术的无厂芯片设计公司，“矿机专用集成电路制造相对简单，率先导入新制程可积累经验，比特大陆有望在下半年实现出货。”

与台积电相比，关于三星2纳米客户的信息较少，除了自家Exynos 2600将争夺“全球首款2纳米芯片”称号外，业内传言高通可能在2纳米节点重新选择三星。

客户需求空前高涨，本质上是由于从3纳米到2纳米的跨越带来了显著的性能提升。

台积电早期披露的N2节点参数显示——与第一代N3E相比，晶体管密度增加15%，同等功耗下性能提升10%-15%，同等性能下功耗降低25%-30%。

联发科在“抢跑”2纳米的新闻稿中，也基本验证了这些数据。联发科表示，台积电的增强版2纳米制程技术相较于现有N3E制程，逻辑密度提升1.2倍，相同功耗下性能提升高达18%，相同速度下功耗降低约36%。

总之，2纳米带来的性能提升使得主要无厂芯片设计公司都积极布局，但各大厂商的量产时间基本都定在2026年。

02 台积电的“延迟”

2025年旗舰手机芯片未能采用2纳米，主要原因在于台积电的“延迟”。

按照台积电的规划，2纳米原定2025年年中开启产能，目前进展符合预期，但手机客户若想在2025年量产2纳米芯片，时间窗口过于紧张。

“从流片到回片需要数月时间，回片后还需进行功能与性能调试，通常调试周期也要几个月。”一位芯片设计行业从业者解释道。

这意味着，即使苹果这样的大客户在2024年底完成A20芯片的流片和测试，也要到今年6月才能投入量产，无法赶上iPhone 17的生产节奏，毕竟富士康的组装线也需要时间准备。

良率是手机厂商今年不追逐2纳米的另一个因素，不过其影响不及量产节奏，且不同无厂芯片设计公司对良率的敏感度也存在差异。

在3纳米节点，早期良率仅为60%左右，后期通过N3E和N3P才逐步提升至80%以上，2纳米节点预计将经历类似过程。

“（2纳米）产品导入的良率可能已超过70%，并逐渐爬升，明年有望达到80%的水平。”前述业内人士预估。

早期良率较低，价格也相对较高，对价格敏感的客户会将量产计划安排在良率提升之后，并采用“晶圆交付”模式，否则量产越多亏损越大，但价格并非绝对障碍。

以苹果为例，其与台积电签订的是“成品交付”协议，只支付良品芯片的费用，只要良率不是极低，价格就不会成为决定因素。然而，天风证券分析师郭明錤持不同观点，他认为苹果虽然采购成品芯片，但采购成本实际上已包含了不良芯片的成本。

“最明显的证据是，新款iPhone所用处理器的成本每年大幅上涨，今年的A17芯片也不例外。”郭明錤指出。

03 晶圆代工之争

全球主要晶圆厂正全力攻关2纳米量产，尽管节点命名略有不同，如N2、20A、SF2、2纳米等，但各家不约而同地采用了全新的GAA晶体管架构，并计划在后续迭代中引入背面供电技术。

值得一提的是，背面供电技术可将电源线与信号线分离，转移至集成电路背面，从而降低电阻、提升晶体管密度并提高性能。

在量产节奏上，三星和台积电基本按计划推进，而原本最激进的英特尔曾计划在2024年底开放2纳米产能，但由于技术挑战和管理层变动等多重因素，最终取消了2纳米（20A）工艺，18A（1.8纳米）工艺短期内不接外部新订单，全力冲刺14A（1.4纳米）工艺。

具体产能方面，据TrendForce透露，明年台积电预计有四座2纳米晶圆厂满负荷运转，总月产能达6万片晶圆。

前述业内人士则表示，“新竹科学园的Fab 20月产能至少6万片，高雄的Fab 22预计月产能3万片，明年2纳米月产能至少9万至12万片。”

而关于三星的产能，4月份TrendForce援引首尔经济日报的数据，称其2纳米月产能为7000片晶圆。

2025年是2纳米产能开启的关键年份，但这场晶圆代工竞争可追溯到数年前。

2021年10月，三星在年度代工大会上宣布启动2纳米研发，并公布了时间表和技术路线；台积电更早，于2019年6月对外宣布进入研发阶段，曾在全球技术论坛上透露，计划建立一条全新的2纳米研发线，投入超过8000名工程师。

总体来看，主流晶圆厂2纳米节点的研发周期在4到6年之间。在此阶段，晶圆厂每年的研发资本支出通常超过10亿美元，台积电在2022年甚至达到36亿美元。

巨额的研发投入不仅体现在技术方案上，也反映在研发设备的争夺上，最典型的是对ASML高数值孔径EUV光刻机的争抢。

2022年，三星通过李在镕访问ASML，意图争夺先进光刻机设备，但全球首台单价近4亿美元的高数值孔径EUV于2023年底被英特尔购得，2024年英特尔再次接收一台同型号设备。

与英特尔和三星相比，台积电在顶尖设备争夺上表现较为保守，曾对ASML高管访问以对接先进光刻机一事反应平淡，但在竞争对手积极采购的背景下，魏哲家2024年也曾访问ASML，传闻获得了ASML的“搭售优惠”——高数值孔径EUV享受价格优惠，但需搭售部分老型号设备。

台积电研发副总张晓强多次表示高数值孔径EUV过于昂贵，“只要我们继续找到替代方案，就没有必要使用这台昂贵设备。”

04 摩尔定律是否终结？

近年来，半导体行业不断探讨摩尔定律是否已经失效。

摩尔定律由英特尔已故创始人戈登·摩尔提出。1965年，戈登·摩尔在《电子学》杂志发表文章，预测半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量每年翻一番。十年后的1975年，摩尔修正了这一观点，将“每年翻一番”改为“每两年翻一番”。

此后半个世纪，晶体管数量基本遵循这一定律，直到7纳米节点开始，周期从24个月延长至30个月。

7纳米、5纳米、3纳米和2纳米的量产时间分别为2018年、2020年、2023年、2025年，平均周期在30至36个月之间。行业普遍认为，未来1纳米及更先进节点，周期很可能延长至40个月以上。

周期拉长直接导致无厂芯片设计公司的多代产品停留在同一制程节点。

以苹果A系列芯片为例，过去基本每两年升级一个节点，如A14B和A15B均采用5纳米，但A17 Pro、A18和A19在3纳米节点上停留了3年。

那么，2纳米制程将会停留多久？

按照台积电的规划，2纳米节点包括N2、N2P、N2X和升级版A16（1.6纳米）四个迭代版本，加上第二代GAA架构的A14（1.4纳米）工艺，分别对应苹果的A20、A21、A22、A23四代芯片。随后，2030年将导入1纳米工艺，量产A24系列芯片。

这意味着，从当前算起，从2纳米时代过渡到1纳米时代至少需要5年时间。

当然，节点升级主要对应名称和线宽变化，并不代表晶体管数量不会增加。例如，3纳米节点本身有多个迭代，如N3、N3E、N3P等，每一代晶体管数量仍有显著提升。

TechNews曾进行统计，N3E相比N3，同性能下功耗降低32%，同功耗下性能提升15%；N3P相比N3E，同性能下功耗下降5%-10%，同功耗下性能提升5%。大致推算，同性能下N3P功耗比N3降低约20%-27%，同功耗下N3P性能比N3提升约26%-36%。

从这个角度看，摩尔定律依然有效。

而且可以肯定的是，未来晶体管数量将持续增长，只是这种增长不再单纯依靠工艺制程进步，也将依赖材料和封装技术的创新。

2024年4月，前台积电董事长刘德音与首席科学家黄汉森共同署名发表文章《How We’ll Reach a 1 Trillion Transistor GPU》，其中写道：“过去50年，半导体技术发展如同行走在隧道中。前路清晰，因为有一条明确路径。每个人都清楚目标：缩小晶体管。如今，我们已到达隧道尽头。从此，半导体技术发展将更加艰难。然而，隧道之外，存在更多可能性。我们不再受过去束缚。”