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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2025-04-26 10:53
一、引言
在半導(dǎo)體行業(yè)，每一次制程工藝的突破都如同一場(chǎng)科技革命，不僅重新定義了芯片性能的邊界，更為電子設(shè)備的智能化、高效能運(yùn)算等領(lǐng)域注入了強(qiáng)大的活力。2025年4月24日，TSMC在美國(guó)舉辦的2025年技術(shù)研討會(huì)上正式宣布其A14工藝將于2028年量產(chǎn)的消息。這一技術(shù)突破標(biāo)志著全球半導(dǎo)體行業(yè)正式邁入1.4nm時(shí)代，HPC和AI領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也對(duì)大陸算力芯片和車規(guī)芯片產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
二、TSMC A14工藝的核心技術(shù)與性能提升
（一）晶體管技術(shù)升級(jí)：從FinFET到GAAFET
TSMC A14工藝采用第二代GAAFET晶體管技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的FinFET晶體管，在性能和功耗方面有顯著優(yōu)勢(shì)。GAAFET能夠更好地控制leakage，提高晶體管的開關(guān)速度和性能，nanosheet的設(shè)計(jì)使得電流控制更加精細(xì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的功耗。
（二）性能提升的多維度影響
• 速度與功耗優(yōu)化：與即將于2025年晚些時(shí)候量產(chǎn)的N2工藝相比，A14工藝在相同功耗下能夠提供高達(dá)15%的速度提升，或者在相同速度下減少最多30%的功率消耗。
• 邏輯密度提升：邏輯密度提高了20%以上，這意味著在相同芯片面積上可以集成更多的晶體管，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能和性能提升。
• 對(duì)HPC和AI的影響：在HPC和AI領(lǐng)域，A14工藝的高性能和低功耗特性使其成為理想選擇。例如，AI中的DL和ML需要大量的計(jì)算資源，而A14工藝能夠顯著提升計(jì)算效率。
與A16不同（與N2和N2P類似），A14缺少超級(jí)電源軌（SPR）背面電源傳輸網(wǎng)絡(luò)（BSPDN），這使得該技術(shù)能夠面向那些無法從BSPDN中獲得實(shí)際好處的應(yīng)用——因?yàn)锽SPDN會(huì)帶來額外成本
該技術(shù)還采用了我們的NanoFlex Pro技術(shù)，（實(shí)際上）這是一種設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（DTCO），它使設(shè)計(jì)人員能夠以非常靈活的方式設(shè)計(jì)產(chǎn)品，幫助他們實(shí)現(xiàn)最佳的功耗性能優(yōu)勢(shì)
三、TSMC A14工藝對(duì)大陸算力芯片的影響
（一）技術(shù)與市場(chǎng)層面
• 技術(shù)差距與挑戰(zhàn)：大陸在高端制程上仍面臨技術(shù)瓶頸。例如，美國(guó)對(duì)華出口管制限制了先進(jìn)EDA工具和制程設(shè)備的出口，導(dǎo)致大陸在7nm以下制程工藝的突破較為艱難。
• 國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)遇：盡管面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，但外部壓力也加速了大陸算力芯片的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。例如，華為、海光、寒武紀(jì)等廠商在國(guó)產(chǎn)替代市場(chǎng)上發(fā)力，其產(chǎn)品在性能和功耗優(yōu)化方面逐步提升。
（二）數(shù)據(jù)層面
• 算力需求增長(zhǎng)：根據(jù)科智咨詢發(fā)布的《中國(guó)智能算力市場(chǎng)規(guī)模研究報(bào)告》，2024-2028年，中國(guó)AIDC算力供給規(guī)模仍將保持近40%的高速增長(zhǎng)。
• 推理側(cè)需求爆發(fā)：推理側(cè)需求占比將從目前的65%增長(zhǎng)至2027年的72%。
（三）行業(yè)與競(jìng)爭(zhēng)格局
• 全球競(jìng)爭(zhēng)加?。篢SMC A14工藝的推出將加劇全球算力芯片市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。大陸算力芯片制造商需要在技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)布局上加快步伐，以應(yīng)對(duì)來自TSMC、Intel和Samsung的競(jìng)爭(zhēng)壓力。
• 國(guó)產(chǎn)芯片廠商的應(yīng)對(duì)策略：大陸芯片企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)建設(shè)來提升競(jìng)爭(zhēng)力。例如，DeepSeek通過算法創(chuàng)新降低了對(duì)高性能GPU算力的依賴，使國(guó)產(chǎn)芯片能夠在推理場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)行。
四、TSMC A14工藝對(duì)大陸車規(guī)芯片的影響
（一）技術(shù)與市場(chǎng)層面
• 車規(guī)芯片需求增長(zhǎng)：隨著汽車智能化和電動(dòng)化的發(fā)展，車規(guī)芯片的需求持續(xù)增長(zhǎng)。車規(guī)芯片對(duì)可靠性和安全性要求極高，TSMC A14工藝的高邏輯密度和低功耗特性使其在車規(guī)芯片領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
• 大陸車規(guī)芯片的現(xiàn)狀：大陸在車規(guī)芯片領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，但在高端車規(guī)芯片上仍依賴進(jìn)口。例如，車規(guī)MCU、功率器件等領(lǐng)域，大陸企業(yè)通過成本優(yōu)勢(shì)和本地化支持逐步擠壓美國(guó)廠商份額。
• 國(guó)產(chǎn)替代的加速：關(guān)稅戰(zhàn)和外部壓力促使大陸加速車規(guī)芯片的國(guó)產(chǎn)替代。例如，2024年聯(lián)發(fā)科在中國(guó)大陸旗艦手機(jī)芯片市場(chǎng)的占有率已接近四成，顯示
（二）數(shù)據(jù)層面
• 市場(chǎng)占有率：2024年，MediaTek在中國(guó)大陸旗艦手機(jī)芯片市場(chǎng)的占有率已接近40%，顯示出國(guó)產(chǎn)芯片在中低端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
• 關(guān)稅影響：自2025年起，美國(guó)對(duì)中國(guó)大陸出口的半導(dǎo)體關(guān)稅將從25%增加至50%，這將進(jìn)一步影響中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的生態(tài)。
（三）行業(yè)與競(jìng)爭(zhēng)格局
• 全球競(jìng)爭(zhēng)格局：TSMC A14工藝的推出將加劇全球車規(guī)芯片市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。大陸車規(guī)芯片制造商需要在技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)布局上加快步伐，以應(yīng)對(duì)來自TSMC、Intel和Samsung的競(jìng)爭(zhēng)壓力。
• 國(guó)產(chǎn)芯片廠商的應(yīng)對(duì)策略：大陸車規(guī)芯片企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)建設(shè)來提升競(jìng)爭(zhēng)力。例如Ascend、Mthreads、MetaX等也加速適配DeepSeek技術(shù)，提升車規(guī)芯片的性能和可靠性。
五、TSMC A14工藝的其他技術(shù)細(xì)節(jié)
（一）封裝技術(shù)的突破
TSMC計(jì)劃在2027年開始量產(chǎn)9.5倍光罩尺寸的CoWoS封裝技術(shù)。這一技術(shù)能夠整合12個(gè)或更多的HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）堆疊，這對(duì)于數(shù)據(jù)中心和人工智能訓(xùn)練等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。HBM在高性能計(jì)算中扮演著關(guān)鍵角色，它能夠提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)容量。通過增加HBM堆疊數(shù)量，CoWoS可以大幅提高系統(tǒng)的處理效率和性能。
臺(tái)積電正在繼續(xù)推進(jìn)其CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）技術(shù)，以滿足AI對(duì)更多邏輯和HBM持續(xù)增長(zhǎng)的需求。比如，計(jì)劃在2027年量產(chǎn)9.5倍光罩尺寸的CoWoS，進(jìn)而能夠以TSMC先進(jìn)邏輯技術(shù)將12個(gè)或更多的HBM堆疊整合到一個(gè)封裝中。
繼2024年發(fā)布革命性系統(tǒng)級(jí)晶圓（TSMC-SoW）技術(shù)，臺(tái)積電再次推出以CoWoS技術(shù)為基礎(chǔ)的SoW-X，以打造一個(gè)擁有當(dāng)前CoWoS解決方案40倍運(yùn)算能力的晶圓尺寸系統(tǒng)，SoW-X計(jì)劃于2027年量產(chǎn)
為完備其邏輯技術(shù)的極致運(yùn)算能力和效率，提供了許多解決方案，其中包含運(yùn)用了緊湊型通用光子引擎（COUPETM）技術(shù)的硅光子整合、用于HBM4的N12和N3邏輯基礎(chǔ)裸晶，以及用于AI的新型整合型電壓調(diào)節(jié)器（Integrated Voltage Regulator，IVR），與電路板上的獨(dú)立電源管理芯片相比，其具備5倍的垂直功率密度傳輸。
（二）多領(lǐng)域技術(shù)協(xié)同發(fā)展
TSMC透露其在2024年第四季度開始生產(chǎn)基于性能增強(qiáng)型N3P（第三代3nm級(jí)）工藝技術(shù)的芯片。N3X芯片預(yù)計(jì)將于2025年下半年量產(chǎn)。與N3P相比，N3X有望在相同功率下將最大性能提高5%，或在相同頻率下將功耗降低7%，并支持高達(dá)1.2V的電壓。TSMC在不同領(lǐng)域的技術(shù)布局體現(xiàn)了其對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)多領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的精準(zhǔn)把握。N4CRF射頻技術(shù)、N3A技術(shù)以及N4e工藝等的應(yīng)用，覆蓋了智能手機(jī)、汽車電子和IoT等多個(gè)重要領(lǐng)域。
TSMC 傾向于在一個(gè)工藝開發(fā)套件中提供工藝技術(shù)的多次迭代（例如 N5、N5P、N4、N4P、N4C）。一方面，這使公司能夠盡可能長(zhǎng)時(shí)間地使用昂貴的設(shè)備，另一方面，這也允許其客戶盡可能長(zhǎng)時(shí)間地重復(fù)使用他們的 IP。因此，N3P 是 N3X 是 N3 系列生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的自然補(bǔ)充。圖片
芯片設(shè)計(jì)人員會(huì)在SoC設(shè)計(jì)中堅(jiān)持一個(gè)庫/標(biāo)準(zhǔn)單元，例如CPU核心可以使用3-2 fin blocks實(shí)現(xiàn)，提升運(yùn)行速度；或者2-1 fin標(biāo)準(zhǔn)單元實(shí)現(xiàn)，減少功耗和面積。對(duì)于N3，TSMC的FinFlex允許芯片設(shè)計(jì)者混合使用多種標(biāo)準(zhǔn)單元，從而精確調(diào)整性能、功耗、面積。對(duì)于CPU等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)可以用來優(yōu)化性能.S
不過FinFET不能用來替代制程的專業(yè)化，不過其對(duì)N3工藝的優(yōu)化很好，可以逼近GAAFET的節(jié)點(diǎn)（提供可調(diào)整的通道寬度來獲取高性能，降低功耗）
六、哲學(xué)思考：技術(shù)進(jìn)步與人類發(fā)展的關(guān)系
（一）技術(shù)進(jìn)步的本質(zhì)
技術(shù)進(jìn)步的本質(zhì)在于對(duì)“更好”的追求。從FinFET到GAAFET的轉(zhuǎn)變，不僅是技術(shù)的升級(jí)，更是對(duì)更高性能、更低功耗的不懈追求。這種追求背后蘊(yùn)含著一種哲學(xué)思想：人類對(duì)技術(shù)的探索永無止境，每一次技術(shù)突破都是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)極限的挑戰(zhàn)和超越。
（二）技術(shù)與社會(huì)的互動(dòng)
技術(shù)進(jìn)步不僅是技術(shù)本身的演進(jìn)，更是社會(huì)需求的推動(dòng)。高性能計(jì)算（HPC）和人工智能（AI）的發(fā)展反映了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)高效能、低能耗的追求。這種需求推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步，而技術(shù)的進(jìn)步又反過來滿足了社會(huì)的需求，形成了一個(gè)良性循環(huán)。
（三）技術(shù)發(fā)展的未來
技術(shù)發(fā)展的未來充滿了不確定性，但有一點(diǎn)是確定的：技術(shù)的進(jìn)步將繼續(xù)推動(dòng)人類社會(huì)的發(fā)展。TSMC、Intel和Samsung之間的競(jìng)爭(zhēng)不僅是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，更是對(duì)未來發(fā)展方向的競(jìng)爭(zhēng)。正如尼采所說，“每一個(gè)不曾起舞的日子，都是對(duì)生命的辜負(fù)”，技術(shù)的進(jìn)步正是人類不斷追求更好生活的體現(xiàn)。
七、結(jié)論
TSMC A14工藝的推出標(biāo)志著全球半導(dǎo)體行業(yè)正式邁入1.4nm時(shí)代。這一技術(shù)進(jìn)步對(duì)大陸算力芯片和車規(guī)芯片產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。盡管大陸在高端制程上仍面臨技術(shù)瓶頸，但外部壓力也加速了國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。大陸算力芯片和車規(guī)芯片制造商需要在技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)布局上加快步伐，以應(yīng)對(duì)來自TSMC、Intel和Samsung的競(jìng)爭(zhēng)壓力。通過技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)建設(shè)，大陸芯片企業(yè)有望在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
參考資料：
:[State-of-the-Art and Trends for Computing and Interconnect Network Solutions for HPC and AI]
:[Worldwide HPC-based Artificial Intelligence(Al)Market Forecast,2020-2026]
：[TSMC 2nm Update: N2 In 2025, N2P Loses Backside Power, and NanoFlex Brings Optimal Cells
:[ChatGPT對(duì)GPU算力的需求測(cè)算與相關(guān)分析]
:[云從科技集團(tuán)股份有限公司2022年年度報(bào)告]
:[羅博特科智能科技股份有限公司發(fā)行股份及支付現(xiàn)金購(gòu)買資產(chǎn)并募集配套資金之獨(dú)立財(cái)務(wù)顧問報(bào)告(修訂稿)]
[智算產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告--信科院]
來源：芯芯有我
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