台积电发誓要在 2022 年下半年启动其 3 纳米工艺节点，但于 12 月 29 日在其位于台湾南部科学园区 (STSP) 的扩建制造工厂为这个尖端制造节点剪彩，勉强实现了这一目标。在三星开始生产基于全能栅极 (GAA) 技术的 3 纳米芯片近六个月后，台积电基于久经考验的 FinFET 晶体管架构，成功实现了从 5 纳米到 3 纳米芯片制造工艺的全节点推进。

　　据媒体报道，苹果已经获得了台积电第一代3纳米工艺N3的100%初始供应，从基线开始。早期的报告显示，N3工艺的良率可能高达80%。接下来，台积电计划在 2023 年下半年转向更先进的 3 纳米版本 N3E。那时，其他台积电客户——AMD、英特尔和高通——计划在他们的芯片上采用3纳米工艺。

　　N3采用超复杂工艺，采用24层多图案极紫外(EUV)光刻技术，密度更大，因此逻辑密度更高。另一方面，N3E使用更简单的19层单图案技术，更容易生产，成本更低。与基线 N3 过程相比，它还将使用更少的功率和更高的时钟。

　　台积电首席执行官C. C. Wei预计，3纳米制造工艺在批量生产后的五年内价值将超过1.5万亿美元。然而，就目前而言，N3晶圆的成本约为20，000美元，而台积电的5纳米节点N5的成本为16，000美元。这就是为什么除了苹果之外的芯片开发商在等待更经济的N3E工艺节点时袖手旁观的部分原因。

　　图1 台积电的第一个3纳米节点，称为N3，声称与该公司的5纳米节点相比，在相同功率下性能提高15%，在相同速度下效率提高30%。源： 台积电

　　与台积电于 2020 年推出的 5 纳米节点相比，这家大型晶圆厂声称其 N3 工艺的逻辑密度提高了 60% 至 70%，性能提高了 15%，同时功耗降低了 30% 至 35%。在这里，需要注意的是，台积电的N5增强版，苹果称之为4纳米，本质上生产5纳米芯片。从这种增强的5纳米工艺转向新的3纳米工艺也将带来巨大的好处，包括更低的功耗和更高的密度，在同一区域内增加60%或更多的芯片逻辑和缓存。

　　3 nm 位于 智能手机大战

　　台积电的3纳米技术可能会用于苹果的A17片上系统(SoC)，预计将为今年晚些时候推出的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max型号提供动力。在这里，3纳米技术有望比用于为iPhone 14 Pro和Pro Max制造A16 SoC的4纳米技术提高35%。

　　据媒体报道，苹果还可能围绕台积电的3纳米技术为MacBook Air构建其M3芯片，该技术将于2023年晚些时候推出。同样，对于将于2024年推出的MacBook Pro，M3 Pro和M3 Max芯片也有望利用3纳米制造工艺节点。

　　据报道，台积电最大的客户苹果公司占其收入的25%，已经预订了整个N3供应。另一方面，苹果在智能手机处理器前沿的主要竞争对手高通和联发科已决定等待台积电的第二代3纳米技术N3E，该技术将于今年晚些时候上市。在这里，值得注意的是，虽然苹果定制设计的SoC被整合到自己的最终产品中，但高通和联发科等公司必须仅靠芯片获利。

　　这可能就是为什么像高通和联发科这样的智能手机处理器供应商正在等待今年晚些时候推出更经济的N3E节点的原因。这将不可避免地将采用3纳米节点芯片的Android手机推向2024年及以后，进一步扩大苹果在智能手机市场的领先地位。关于三星 Exynos 2300 芯片的报道相互矛盾，该芯片可能使用三星的 3 纳米工艺;人们普遍预计它不会出现在S23或其他高端Galaxy手机中。

　　图2 N3E工艺节点预计将于2023年下半年开始商业化生产。来源：台积电

　　N3E工艺节点也在AMD和Nvidia等GPU供应商的雷达上，用于PC游戏等应用。

　　养育亚利桑那州

　　从技术角度来看，台积电在这个新兴的3纳米工艺上进展顺利，到目前为止，N3节点的斜坡一直很顺利。台积电高管称N3为重磅节点。该公司首席执行官Wei还预计3纳米工艺将比其前身5纳米节点更有利可图。然而，3纳米节点的出现恰逢台积电在新地区的扩张以及国际贸易限制和制裁下的供应链困境。

　　台积电创始人莫里斯·张(Morris Chang)抓住了公司新晶圆厂订单背后的紧张关系，他宣称全球化“几乎已经死了”。该公司首席执行官魏还抱怨地缘政治冲突，据他说，这创造了台积电无法再在全球销售硅片的环境。

　　数字 3 TSMS还在亚利桑那州的晶圆厂建立3纳米制造能力。来源：台积电

　　台积电在亚利桑那州宣布的新晶圆厂于2020年宣布，将于2024年开始生产4纳米芯片。随后将建设第二家晶圆厂，该晶圆厂将于2026年开始生产3纳米芯片。这意味着美国将在台湾之后近三年掌握3纳米制造工艺节点。

　　同样，美国将在台积电的4纳米制造技术在台湾上市两年后获得该技术。值得一提的是，台积电虽然正在扩大其在美国及其他地区的制造设施，但它致力于在其台湾晶圆厂保持最好的芯片制造技术。

　　万亿美元的业务

　　台积电计划今年在资本支出上花费320亿至360亿美元，以满足对合同芯片制造不断增长的需求。该预算的 70% 将用于高级节点：7 nm 或更小。在这里，虽然台积电围绕新的GAA技术构建的2纳米节点很可能在2025年左右亮相，但在可预见的未来，3纳米工艺看起来像是其主要的高级节点。

　　一个 数码时代 报告称，台积电已逐步扩大3纳米工艺产能，月产量将在2023年3月达到45，000片晶圆。据台积电董事长Mark Liu称，3纳米节点的良率与制造周期同一点的上一代相当。

　　再加上苹果成为第一家采用这种尖端工艺节点的芯片开发商，这表明台积电的3纳米工艺技术正在走上正轨。尽管这家半导体巨头的基准N3节点收入为个位数百分比，苹果是唯一的消费者，但仍达数十亿美元。一旦N3的增强版N3E在今年晚些时候加入，其他针对高性能计算(HPC)和智能手机应用的大型芯片开发商加入3纳米的竞争，一旦所有的钱在几年内计算完毕，它可能会成为一个万亿美元的业务。