台积电，英特尔，三星未来芯片的新制程路线图对照表

最近又看到几篇在讨论英特尔和台积电的制程时间，有许多份写得不差，但过于深入，我想捡其中重要的说。再加上之前英特尔（美股代码：INTC），三星（美股代码：SSNLF），和台积电（美股代码：TSM）这三家公司公布过的公开资料，为有兴趣的投资人整理一下，写成您看到的这篇短文。关于英特尔的进展，所有的人都很关心，这里有英特尔的官方正式文件可参考。

我的书中有关台积电的内容

我在最近的两本书里，都讨论过台积电（美股代码：TSM）这家公司；包括了：

在《超级成长股投资法则》一书中：

• 2-4节，整个小节专门介绍介绍台积电这家公司
• 3-3节，分析科技公司的业务发展以掌握关键产业的脉动

在《10倍股法则》一书中：

• 3-2节，整个小节专门介绍包括台积电和全球的半导体供应链

未来芯片的新制程时间对比表

未来的重要节点时程对比表

	2023	2024	2025	2026	2027
台积电	3奈米+ (FinFET)	2奈米 (GAA) 试产	2奈米 (GAA)		1.4奈米 (GAA)
三星	3奈米+ (GAA)		2奈米 (GAA)		1.4奈米
英特尔	Intel 3(2023下半年)	Intel 20A (2024年初), Intel 18A (2024下半年)		1.4奈米（Intel 14A）	1.0奈米（Intel 10A）

过去的主要节点的时程对比表

	2018	2019	2020	2021	2022	2023
台积电	7奈米		5奈米，6奈米	4奈米	3奈米 (FinFET)	3奈米+ (FinFET)
三星	8奈米		5奈米 ， 4奈米		3奈米 (GAE)	3奈米+ (GAA)
英特尔		Intel 10		Intel 7	Intel 4(2022下半年), Intel 18A试产	Intel 3(2023下半年)

英特尔

请注意以下几点：

• 英特尔新任执行长基辛格今年上任后，推出了重返芯片代⼯的IDM 2.0计划，又改了制程的命名规则。因为以前它的命名方式容易令人误解（请参考下面的“电晶体密度比较”那个小节的表格比较表，您就暸解为什么了），例如：
  • 在此之前
    • 英特尔的10奈米实际上等于台积电和三星的7奈米
    • 英特尔的7奈米实际上等于台积电和三星的5奈米
  • 现在的
    • Intel 7也就是英特尔的4奈米，采用Enhanced SuperFin
    • Intel 4也就是英特尔的3奈米（采用GAE）
    • Intel 3也就是英特尔的3奈米改良版（采用GAA）
    • Intel 20A也就是英特尔的2奈米；其中的A表示埃，10埃等于1奈米 。
    • Intel 18A也就是英特尔的2奈米+（2奈米加强版）
• 其中Intel 4会在2023年上半年量产，Intel 3则会在2023年下半年量产。
  • 英特尔在4/24/2022公开宣布把未来所有先进制程计划都提前，称：
    • 2022年下半推出4奈米
  • 2023年推出3奈米
    • 2024年初就能生产20A（2奈米）
    • 2024年下半推18A（1.8奈米）
    • 2026年将推出14A（1.4奈米）
    • 2027年将推出10A（1.0奈米）

三星

三星的3奈米时间：

• 三星的3奈米的第一个初步版本已研发成功，并已经在2022年6月底正式宣布进行商业量产。
• 但3奈米改良版（表中三星的3奈米+）正式大量商业化量产时程，根据三星的官方说法，现在已经被延至2023年，也就是落后台积电一年；这将使三星的芯片代工业务受创严重，不利其和台积电和英特尔在未来先进制程上的竞争。

台积电

虽然之前一再被传出碰到技术上的问题和良率上的困扰，但台积电的3奈米的商业化量产时间已经被台积电官方再度确认是2022年下半年。

台积电执行长魏哲家在2023年10月曾表示，依据台积电内部的评估，台积电最新上市的 3 奈米延伸款式，在功率、效能和密度方面，可以和英特尔的 18A 旗鼓相当。

为什么这个表很重要？

对比上面的三家厂商制程路线的时程表格：

• 英特尔在2021年已经量产Intel 7，相当于台积电的7奈米，⽽台积电早就在2018年量产了，⼤致落后三年。
• 2023年上半Intel 4将要量产，相当于台积电的4奈米，⽽台积电早就在2020年量产了，落后两年半左右。
• 到2023年，英特尔规划量产Intel 3，相当于台积电的3奈米，⽽台积电则是在2022年量产了它的3奈米，此时英特尔⼤概落后⼀年。
• ⽽到了2奈米的阶段，英特尔计划在2024年，也就是提前一年追上台积电的2奈米制程时程。这也意味着⼀年更新⼀代制程上的⼯艺，这是非常有难度的，台积电⼀般是两年提升⼀代⼯艺，英特尔在良率⽅⾯仍有改进的空间，或仍有可能延误。而且按过往英特尔在制程上的一再落后的习性，业界普遍不相信英特尔有能力办到。

我之前在我先前的《英特尔目前艰难的困境》一文中强调过以下两点：

• 英特尔和台积电至少有两个半导体制程世代的差距，“即使最佳，一切最顺利的情况”，没有4到5年也不可能达成。
• “先把先前落后台积电两个世代的制程差距补起来，其它都是多谈。”

注意：毫无意外！ 在我发表完 我之前在我先前的《英特尔目前艰难的困境》一文中强调过以下两点： 这篇文章后；2021 年 12 月 10 日。英特尔的执行长格尔辛格（Gelsinger）认为公司扭亏为盈至少需要五年时间，和我的看法所估计是一样的（这也不是什么秘密，产业界的内行人或华尔街较资深的半导体分析师也都这么看）。

GAA电晶体技术导入

GAA（Gate All Around）是下一代的芯片制程的核心技术，大致而言，台积电是三家中最晚导入的，在2奈米才导入。以下就是三家厂商导入GAA的时程，以及导入的节点的对照表：

电晶体密度比较

整体比较

到2021年底为止，以各家公司已公布的数据为主。以下表格来自WikiChip，数值的单位为百万个电晶体/平方公尺。

制程	IBM	台积电	英特尔	三星
22奈米			16.50
16奈米/14奈米		28.88	44.67	33.32
10奈米		53	106	52
7奈米		97	180	95
5奈米		173	300	127
3奈米		290	520	170
2奈米（20A）	333.33	490

英特尔

我们在前面“未来芯片的新制程时程对比表”那个小节曾说过英特尔以前的命名方式容易令人误解，原因用这个表格比较表来解释您就会暸解了：

• 英特尔16奈米/14奈米的电晶体是44.67，约略等于台积电10奈米的52.51
• 英特尔10奈米的电晶体是100.76，约略等于台积电7奈米的91.20
• 英特尔7奈米的电晶体是237.18，约略等于台积电5/4奈米的171.30

读者现在知道为什么7-8年前开始，眼看着自己的芯片制程推进速度一直遭台积电和三星超越，而找出一番在当时和技术上确实言之成理的说词“我们英特尔的16奈米/14奈米等于台积电的10奈米”，又过了三四年，说法又变成“我们英特尔的10奈米等于台积电的7奈米”，所以并没有落后！请注意此时事实上约落后台积电1-1.5个世代。

但当英特尔的这套陈腔滥调在10年后的现在又被搬出来时，投资人受够了。因为已经落后不只一代了，是落后2-2.5代了（芯片制程一代约差2-3年），再怎么圆都说不过去了。

但大家要特别注意的是：市场上对英特尔的时程和良率多会先抱持怀疑的看法，原因是英特尔先前的记录实在不佳───英特尔的14奈米制程由宣布成功试产到真正客户能在市场上买到，前后被延迟了7年 (2014–2020)，这才是英特尔现在最大的问题！

三星

三星的部份呢？三星的3奈米虽已研发成功并进行过小部份的商业试产成功。但从晶体管密度、功耗等关键指标看，三星的3奈米实际上与台积电的4奈米及英特尔的Intel 4（原英特尔7奈米）制程相当。

2奈米以下呢？

技术挑战

比利时微电子研究中心（IMEC）表示摩尔定律不会终结，但要很多方面共同贡献。IMEC已经提出1奈米以下至2埃米半导体制程技术和芯片设计路径，延续摩尔定律。

这些努力包括：

• 整体架构：FinFET器件，插板，原子通道器件
• 新材料：使用钨或钼新材料，为 1 奈米（A10）制程和 4埃米制程、2 埃米制程结构制造相当于几个原子长度的栅极。
• 新一代的EUV极紫外线曝光机：艾司摩尔新一代的High-NA EUV曝光机导入，目前客户正在安装High-NA EUV曝光机原型设备，预计2024年会投入商用。相信曝光工具将把摩尔定律扩展到 1 奈米节点以下。
• GAA架构：从2奈米开始，奈米片堆叠而成的GAA架构是最有可能的概念。IMEC开发的Forksheet架构，可将栅极扩展到超过1奈米制程。

其中的关键艾司摩尔新一代的EUV极紫外线曝光机，关于这家公司，建议您可以参考我的另一篇部落格文章《真正掐住台积电脖子的企业艾司摩尔（ASML）》的说明。

主要厂商的动作

目前1奈米以下的制程都尚在“很初期的阶段”，属于研究和探索的时期。请参考以下的整理：

厂商	合作单位	主要动态和进展
台积电	麻省理工	2022年6 月将原3奈米制程的研发团队转为1.4奈米的研发团队。 2021年5用宣布以铋⾦属特性突破1奈米制程极限，下探⾄1奈米以下。
三星	IBM	IEDM 2021活动时，IBM与三星共同发表“垂直传输场效应电晶体”(V TFET) 芯片设计。将电晶体以垂直⽅式堆叠，并让电流也垂直流通，使电晶体数量密度再次提⾼，更⼤幅提⾼电源使⽤效率，并突破 1 奈米制程的瓶颈。
英特尔		2024下半年准备量产1.8奈米制程

良率的比较呢？

我在部落格另外写了一篇关于先进制程和这三家良率的文章，请各位参考《台积电，三星，英特尔良率和先进制程的比较》这篇文章。

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