一直以來，業界普遍認為3nm是摩爾定律的物理極限，也是芯片制程工藝領域的珠穆朗瑪峰。

為了突破芯片性能的天花板，并將摩爾定律延續下去，越來越多的芯片制造商不惜豪擲千金，持續加碼高精度芯片工藝，試圖在先進工藝制程的研發上搶占新一輪的最高頂點。

或許，很多人還驚訝于臺積電在3nm工藝研發領域的巨額投資，或是對三星繞道過渡性的4nm、直接將5nm制程工藝上升至3nm而感到愕然。但是在最新的制程賽道上，許久沒冒泡的IBM卻向業界扔下一顆頗具殺傷力的“手榴彈”，炸得對手似乎有些措手不及。

最近幾年，臺積電和三星為了3nm工藝制程的量產明爭暗斗，緊鑼密鼓，沒想到卻被“韜光養晦”的IBM中途搶跑了。根據IBM的最新消息，該公司已在奧爾巴尼研究實驗室研發出業內首個2nm制程芯片。雖然還停留在實驗室階段，量產上市還需要幾年時間，但消息一出，迅速引爆輿論。

面對IBM的“挑釁”，臺積電哪里坐得住。

就在對手發布消息不到一周的時間里，臺積電就迫不及待地向全世界證實自己作為“老大哥”的硬實力。據悉，臺積電已突破1nm以下的工藝制程，宣布與臺大、MIT攜手研發出半導體新材料“鉍（Bi）”，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。

在先進制程的競技賽里，搶跑的明星選手們被聚光燈照耀，可謂你追我趕，絲毫不敢懈怠。但是，巨頭之間的競爭越是膠著，來自大陸的選手們似乎在制程賽道上有點跟不上了，“中國芯”的反超，依舊道阻且長。

英特爾退，臺積電三星進

去年7月的一次財報電話會議，時任英特爾首席執行官的司睿博（Bob Swan）被咄咄逼人的分析師們搞得焦頭爛額。面對華爾街精英們一連串的犀利問題，他吞吞吐吐，不得不用冰冷低沉的聲音回答：

“我們的晶圓廠，可能趕不上了。公司正考慮使用承包商來制造7nm芯片，不排除這樣的情況，如果需要使用其他公司的工藝技術，我們將提前為此做好準備。”

聽完這番話，幾乎每一位參會的業內人士都在唏噓中發出同樣的感嘆：如今的英特爾，還是昔日睥睨一切的英特爾嗎？

那是英特爾的至暗時刻。

產品拖延，技術落后，就連公司內部的工程師們，也很難確保這些困難只是暫時的。

作為美國制造業的一顆明珠、乃至二十世紀美國資本神話的關鍵組成部分，輝煌時期的英特爾一度只生產技術最復雜、利潤最高的部件，但時至今日，司睿博傳遞的信息不僅與公司傳統背道而馳，還讓外界對美國在高端制造業的領導地位產生了懷疑。

在英特爾內部，司睿博更擅長財務，在前任柯再奇（Brian Krzanich）引咎辭職以后，時任首席財務官的他臨危受命，填補了柯再奇留下的領袖空白。但就在司睿博掌舵的這三年，英特爾在產品和經營上接連遭受暴擊，特別是先進制程多次延遲，設計和架構方面問題頻出，被臺積電和三星等對手狠狠地甩在了后面。

半導體芯片主要有三類運作模式。

第一類是IDM（Integrated Device Manufacture），可以集芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產業鏈環節于一身，以三星、英特爾德國企業為代表；第二類是Fabless，只負責芯片的電路設計與銷售，將生產、測試、封裝等環節外包，以聯發科、博通為代表；第三類是Foundry（代工廠），只負責制造、封裝或測試的其中一個環節，最典型的是臺積電和聯華電子。

英特爾是IDM模式的擁躉，自成一體，擁有包括設計、制造、封裝以及銷售在內的完整產業鏈，幾乎所有產業鏈的制造環節都能拽在手里自己干。英特爾叱咤江湖五十余載，IDM無疑是一把利劍，目前也僅有三星和德州儀器這樣的芯片巨頭能hold住全產業鏈的業務流程。

只是，成也蕭何，敗也蕭何。

IDM模式自有其弊端。

一是，那些采用IDM模式的公司往往需要兼顧整個產業鏈條，既要搞好芯片設計，又要為工藝研發頭疼，還要考慮產品制造等一堆事情，很難專注于研發制程，容易在制程方面“掉鏈子”。

就在去年，英特爾先是延期了7nm制程芯片的發布時間，把上市日期往后推延了足足半年，最早或于2022年面市，也有可能被延后至2023年。主要原因，正是7nm制程出現了缺陷，良率不及預期，實際生產進度要比公司內部的路線圖落后了一年。

二是，以英特爾為代表的的IDM們，不得不扛下公司規模龐大、管理和運營成本高昂以及資本回報率低下等先天硬傷，而這些硬傷，又在英特爾這樣的領頭羊身上被放大，最終導致大象難轉身，大船難調頭。

三是，近幾年的芯片行業分工越來越細，代工模式日漸吃香，英特爾的市場也不斷被臺積電為首的代工廠慢慢蠶食。就在英特爾對外宣布7nm制程工藝按下“慢進鍵”的同時，該公司也曾無奈地表示，作為緊急應變方案，他們已準備外包部分芯片制造的Plan B，使用其它企業的晶圓代工廠。

制程之爭，烽煙再起

早在一年前，三星就宣布其成功攻克了3nm工藝制程的關鍵技術GAAFET（環繞柵極晶體管），一直到今年3月的IEEE ISSCC國際固態電路大會，該公司才對外展示了一顆采用3nm工藝制造的最新芯片，并首次對外分享了在3nm GAE MBCEFET芯片研發方面的諸多細節。

目前，GAAFET技術可以分為兩種類型，一種是傳統的常規GAAFET，使用納米線作為晶體管的鰭片（fin），另一種是MBCFET（多橋溝道場效應晶體管），使用的鰭片更厚更寬。

一直以來，三星在7nm、5nm先進制程工藝上都落后于競爭對手臺積電，所以該公司對于3nm制程工藝可謂寄予厚望，迫切希望能通過3nm制程實現對臺積電的技術反超。

當然，對于三星來說，這顆3nm SRAM芯片也是意義非凡，它不僅代表了3nm制程工藝最新落地的里程碑，還采用了GAAFET的MBCFET技術，在晶體管結構上實現了新的突破。根據三星電子副總裁Taejoong Song傳遞的信息，新的芯片具有“高速度、低功耗和小面積”的優勢，容量為256Mb（32MB），面積為56平方毫米。

值得一提的是，臺積電和三星在7nm制程以前均采用FinFET技術（鰭式場效晶體管），但是從5nm制程開始，FinFET工藝極限的瓶頸就逐漸顯現出來。在3nm制程芯片的實現路徑上，三星決定用MBCFEF替代傳統的FinFET，預計于明年量產，但臺積電卻依舊堅持FinFET技術，對傳統技術進行改進，暫定于今年下半年投入試產，計劃于明年實現量產。

臺積電和三星還在為3nm制程廝殺激烈，這幾年悶聲不吭的IBM卻在今年5月突然放了個大招，發布了2nm芯片制程技術。消息一出，業界嘩然，很多人至今似乎還無法相信，世界上首個2nm制程芯片，竟然是默默無聞的IBM最先發布的！

按照IBM的幾組數據指標，其2nm制程工藝與當下較為先進的7nm相比，性能將提升45%，功耗降幅則高達75%。

最新技術能在指甲蓋大小（約150mm）的芯片上安裝500億個晶體管，高于2017年該公司官宣5nm時突破的300億，與此同時，也是臺積電5nm的兩倍。IBM甚至聲稱，這項最新的制程技術可將手機電池壽命支撐到現有的四倍，在未來，手機只需要一次充滿電，就可以使用整整四天的時間。

從晶體管峰值密度來說，IBM最新發布的3nm制程約為每平方毫米3.33億晶體管（MTr/mm2），而橫向對比，目前臺積電3nm制程工藝的預估邏輯密度峰值也僅有每平方毫米2.92億晶體管。

如果一切順利，IBM的2nm制程工藝有望在2023年下半年開始風險性試產，最快將在2024年進入量產階段。值得一提的是，2024年也是臺積電2nm工藝芯片預估量產的時間，該公司預計其2nm工藝芯片能在2023年達到90%的良率，如若一切順利，最快將于2024年實現量產。

可以看出，雖然臺積電目前已超越英特爾和三星，成為全球市值最大的半導體公司，并穩坐全球最大芯片代工廠的寶座，但其對于先進制程的焦慮卻始終存在。要知道，成立至今三十余年，臺積電在很長一段時間里都保持著對先進制程的絕對領先，而其競爭對手也在大浪淘沙里逐漸分化，最大的敵人早已不是昔日的聯電，而是英特爾與三星。

面對IBM和三星的制程野心，臺積電終于還是坐不住了。IBM前腳才剛剛官宣2nm制程研發成功，臺積電后腳就在相關領域有了最新動作，高調宣布與臺灣大學和麻省理工大學共同發表了研發成果，并反復強調自己能利用半金屬鉍（Bi）作為二維材料的接觸電極，在1nm以下制程方面取得了巨大突破。

中芯國際道阻且長

雖然IBM已經發布了2nm制程技術，臺積電也對外公布將用1nm先進制程挑戰摩爾定律的物理極限，但這些并沒有經過量產驗證。從制程工藝上看，目前全球最先進的芯片工藝是5nm，但只有臺積電和三星能生產制造。

在中國大陸的芯片制造商里，技術最先進的廠商是中芯國際，該公司也是目前國內首屈一指的晶圓代工龍頭，甚至被稱作大陸地區芯片界的“希望”。但值得一提的是，該公司現階段最先進、最成熟的工藝制程也僅停留在14nm。

也是在最近，中芯國際發布了最新財季的財報結算。數據顯示，中芯國際第一季度的營業收入為11億美元（折合人民幣約71億元），同比增長22%，凈利潤為1.589億美元（折合人民幣約10.25億元），相比去年同期上升幅度高達126%，遠超市場預期。

但是，從從工藝制程來看，55/56mm依舊是中芯國際最主要的營收來源，占比高達32.8%，緊隨其后的是0.15/0.18微米，占比30.3%。

橫向對比，先進制程工藝14/28納米并不是該公司的營收主力，占比雖然和去年同期的5%有所增加，但也只有6.9%的貢獻比例而已。這也意味著，即使是在5nm制程已經被大規模量產的當下，作為我國的芯片制造大廠，中芯國際的制程依舊還是以成熟工藝為主，先進工藝的營收依舊占據極小的比例。

臺積電的情況則相反。

這幾年，臺積電依靠先進制程賺得盆滿缽滿，僅看今年第一季度的營業收入，5nm工藝制程的占比就有14%，7nm的占比更是高達35%。總體看來，臺積電在落后工藝方面的營收占比并不高，其高端產品在市場上也被客戶廣泛認可。

由此可見，無論是技術還是市場，營收或是利潤，中芯國際與臺積電等競爭對手依舊有不小的差距。要知道，臺積電等大廠依靠先進工藝賺錢，利潤率自然也更高。

中芯國際成立于2000年，在過去的二十年時間里，這家大陸的巨頭一直在制程賽道上追趕臺積電。但是，想要追趕，談何容易。直到現在，昔日的“老大哥”英特爾都沒能將原屬自己的霸主之位重新搶回來，遑論后起之秀中芯國際。

瓶頸究竟在哪？

除了技術，還有設備。

因為中美貿易戰的持續發酵，美國方面切斷了中芯國際與荷蘭ASML頂級光刻機的商業來往，但是先進制程的加工卻少不了光刻機。

值得一提的是，無論是技術深度還是設備精度，國產的光刻機都和海外對手有相當大的差距，中芯國際首席執行官趙海軍也曾坦言，國內光刻機的整體水平要落后荷蘭約20年時間，這是一道很難在短期內迎頭趕上的實力鴻溝。

就在這個月，《日本經濟新聞》采訪了7 家來自中國大陸的主要半導體設備制造商，大多數表示，目前中國大陸的芯片制造商依舊以生產14-28nm芯片為主，在技術上至少落后海外優秀選手2-3代。

與此同時，美國方面的制裁也是從國外采購零件和材料的一大阻礙，但如若切換到國內的硬件替代品，又會影響芯片最終的成品良率。新的征程，國產選手們依舊不能有絲毫的放松。

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