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北京國際工程咨詢有限公司
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2026-06-08
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當前，全球集成電路產(chǎn)業(yè)正處在2nm工藝規(guī)模化量產(chǎn)的關鍵階段，GAA晶體管、背面供電等關鍵技術相繼取得突破，國際頭部企業(yè)加快技術布局，產(chǎn)業(yè)競爭呈現(xiàn)出更加多元、差異化的發(fā)展態(tài)勢。2nm工藝的量產(chǎn)應用，不僅將帶動半導體技術實現(xiàn)新一輪迭代升級，也深刻影響著全球產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的競爭格局。這一趨勢，對我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，既是前所未有的挑戰(zhàn)，更是推動我國技術轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)更高水平突破的重要機遇。
一、全球2nm芯片發(fā)布核心圖景
（一）全球高度重視集成電路先進制程發(fā)展，并對未來技術演進作出前瞻性布局
IRDS（國際器件與系統(tǒng)路線圖）明確2025年起推進2nm級LGAA器件、背面供電技術，2027年向1.4nm節(jié)點演進，2031年導入CFET架構。IMEC（比利時微電子研究中心）則規(guī)劃了從2nm級Nanosheets、到0.7nm級CFET，再到亞埃米級2DFET的器件演進路徑，同步配套背面供電、先進互連等支撐技術，共同推動后摩爾時代制程迭代。
（二）AI與高性能計算（HPC）芯片對2nm工藝的需求或?qū)⒊^傳統(tǒng)智能手機、電腦芯片
據(jù)Counterpoint預測，2026年3nm和2nm節(jié)點芯片出貨量預計同比增長18%，但同期智能手機SoC出貨量可能出現(xiàn)下滑，先進制程增長將主要由AI與HPC芯片拉動。與此同時，在英偉達、AMD等客戶的帶動下，臺積電2nm節(jié)點應用范圍也逐步拓展，由此前集中于蘋果、聯(lián)發(fā)科、高通等移動應用處理器領域，轉(zhuǎn)向在AI和HPC領域?qū)崿F(xiàn)廣泛應用。例如，2025年英偉達已超越蘋果成為臺積電最大客戶，標志著臺積電增長驅(qū)動力實現(xiàn)結(jié)構性轉(zhuǎn)移。此外，曾經(jīng)高度依賴手機及消費電子產(chǎn)品的聯(lián)發(fā)科，也開始重點布局AI及HPC領域，且擬與谷歌合作開發(fā)TPU?v7芯片，相關產(chǎn)品將采用3nm工藝。
（三）多源代工模式成為先進制程領域保障供應鏈安全穩(wěn)定的關鍵
高通計劃于2026年第三季度推出兩款2nm工藝手機芯片，即驍龍8?Elite?Gen6標準版與Pro版，生產(chǎn)主要依托臺積電產(chǎn)能支撐，同時也與三星洽談其2nm工藝代工合作事宜，以此分散供應鏈風險。作為臺積電第一大客戶的英偉達，已就Intel?18A和14A制程節(jié)點與英特爾商議代工事宜。與此同時，英偉達即將推出的Groq?3?LPU語言處理單元將由三星采用4nm工藝代工，雙方在下一代先進制程芯片代工合作也已開展洽談工作。此外，AMD作為臺積電另一重要客戶，也與三星洽談為下一代芯片提供代工服務。
（四）2nm及以下先進制程領域競爭愈發(fā)強烈
臺積電在2nm及以下先進制程領域占據(jù)主導地位，良率業(yè)內(nèi)公認最高，且客戶群體也最為龐大。雖然在量產(chǎn)時間上，臺積電2nm工藝略晚于三星、英特爾等競爭對手；在技術選擇上，臺積電也顯得略微保守。目前，臺積電2026年2nm制程產(chǎn)能已基本預訂完畢，核心客戶鎖定大部分初期產(chǎn)能，且臺積電還同步布局N2P、N2U等衍生工藝及A12、A13等后續(xù)節(jié)點，為先進制程持續(xù)突破提供支撐。三星、英特爾在2nm及以下先進制程領域采取激進追趕策略，但仍存在產(chǎn)能不足、良率偏低等問題。目前，三星2nm制程早期良率僅20%，即便2026年有望提升至60%，但仍落后于臺積電。此外，作為IDM企業(yè)，三星、英特爾的2nm初期產(chǎn)能大多用于自家產(chǎn)品，外部大規(guī)模量產(chǎn)客戶較少。然而，市場對先進制程需求持續(xù)高漲，僅靠臺積電產(chǎn)能難以滿足市場需求，未來隨著三星、英特爾產(chǎn)能擴張、良率提升，預計將有更多有大規(guī)模量產(chǎn)需求的客戶選擇其代工服務。與此同時，新興廠商也在積極布局突圍，如Rapidus依托政府與企業(yè)投資，聚焦2nm定制化服務和快速交付，避開巨頭產(chǎn)能競爭。TERAFAB借助英特爾技術支持，聚焦太空領域的AI推理芯片生產(chǎn)，計劃2027年實現(xiàn)2nm量產(chǎn)，依托特色定位拓展市場份額。
（五）先進制程新技術成為焦點
臺積電在N2等先進節(jié)點運用NanoFlex設計技術協(xié)同優(yōu)化（DTCO）技術，并結(jié)合GAA納米片晶體管結(jié)構，適配多元標準單元組合，統(tǒng)籌兼顧性能與功耗優(yōu)化，并將在A16（1.6nm）工藝中首次采用Super?Power?Rail（SPR）背面供電技術。英特爾部署業(yè)界首臺商用High-NA
EUV（高數(shù)值孔徑極紫外光微影）設備，為14A等先進工藝研發(fā)生產(chǎn)提供支撐，減少多重曝光步驟、提升良率。此外，英特爾還在Intel?18A（等效2nm工藝）中采用Power?Via背面供電技術，優(yōu)化供電效率、提升芯片密度與性能。三星在GAA架構基礎上，構建Forksheet（叉狀片）晶體管結(jié)構，同時引入背面供電技術，并同步布局High-NA?EUV先進光刻設備以支撐1nm制程的量產(chǎn)，助力其在先進制程競爭中實現(xiàn)突圍。
二、先進制程技術特點
在先進制程領域，相關技術正持續(xù)迭代升級，與成熟制程存在較大差異:
表1?頭部設計、代工及IDM廠商在2nm工藝的布局
表格信息來源：北國咨根據(jù)公開資料整理（截止到2026.4.20）
（一）芯片制程縮小推動晶體管架構不斷演進
2nm及以下晶體管技術正從FinFET向GAA、Forksheet、CFET迭代。IRDS及IMEC的半導體邏輯技術路線圖顯示，從2nm起到A10（1nm）節(jié)點，將采用GAA（全柵場效應晶體管）結(jié)構，后續(xù)在A7節(jié)點進一步引入CFET（互補場效應晶體管）結(jié)構。目前，GAA已成為2nm制程的全球主流架構，三星的Forksheet與CFET則是1nm節(jié)點的核心技術方向，且Forksheet被視為GAA的進階版。目前，國際頭部廠商均已布局GAA架構，如三星在其3nm工藝率先實現(xiàn)商用，但良率仍待提升；英特爾在其GAA架構中搭配PowerVia背面供電技術使用；臺積電在2nm工藝中首次采用GAA架構，其CFET技術仍處于實驗室驗證階段。各廠商計劃于2030年前后推進CFET架構商業(yè)化。
表2??2018—2046年半導體晶體管技術路線圖
表格信息來源：北國咨整理根據(jù)IRDS、IMEC數(shù)據(jù)整理
（二）先進封裝與先進工藝協(xié)同發(fā)展
芯片制程進入5nm以下后，發(fā)展面臨多重制約。一是設計成本大幅攀升，據(jù)Yole數(shù)據(jù)，90nm制程設計成本僅1500萬美元，3nm已突破10億美元，2nm及以下成本將進一步抬升。二是技術逼近物理極限，晶體管尺寸縮小至納米級后，量子隧穿、漏電流等問題逐步顯現(xiàn)。先進封裝成為破解上述難題的重要路徑，可有效提升良率與設計靈活性，降低成本并優(yōu)化性能。目前多家廠商已采用先進工藝與先進封裝協(xié)同發(fā)展模式，如AMD的MI455X在同一芯片內(nèi)封裝集成了12顆采用不同工藝制造的計算芯片，并搭配臺積電2nm、3nm工藝的I/O芯片，通過分節(jié)點生產(chǎn)后再封裝集成，實現(xiàn)了性能與成本的平衡。蘋果即將推出的2nm工藝A20、A20?Pro芯片，將采用臺積電WMCM先進封裝技術優(yōu)化散熱與運行效能；英偉達自7nm節(jié)點起大規(guī)模采用臺積電CoWoS封裝技術，并在4nm~3nm節(jié)點持續(xù)深化應用，計劃在更先進制程中結(jié)合SoIC、CPO等先進封裝技術，同時也在評估英特爾EMIB-T等方案。
（三）背面供電是2nm及以下先進制程的核心支撐技術
背面供電的核心邏輯是將供電網(wǎng)絡從晶圓正面轉(zhuǎn)移至背面，實現(xiàn)電源與信號布線的物理分離，破解先進制程微縮瓶頸。據(jù)英特爾相關數(shù)據(jù)顯示，該技術可將芯片密度及單元利用率提升10%，有效減少壓降（IR?Drop）最高達30％，提升芯片運行頻率最高達6％，同時釋放晶圓正面布線資源。背面供電主流方案包括英特爾PowerVia、臺積電Super?Power?Rail（SPR）、三星SF2Z等。英特爾率先推出PowerVia背面供電技術，并已在其18A制程節(jié)點中應用。臺積電計劃于A12節(jié)點引入超級電源軌（SPR）背面供電技術。三星計劃于2027年在1.4nm制程節(jié)點應用SF2Z背面供電技術。
（四）DTCO（設計與工藝協(xié)同優(yōu)化）與STCO（系統(tǒng)技術協(xié)同優(yōu)化）在先進制程領域的關鍵性與日俱增
DTCO的核心是推動設計、制造與材料等多領域協(xié)同優(yōu)化，國際頭部廠商已將其廣泛應用于先進制程以提升芯片性能。三星數(shù)據(jù)顯示，7nm制程的整體效能提升中，約10%源于DTCO技術，其3nm及以下制程中該貢獻占比將提升至50%。臺積電數(shù)據(jù)顯示，相較10nm制程，DTCO使其7nm制程邏輯密度提升超1.6倍、速度提升約20%、功耗降低約40%，同時，臺積電計劃在2nm工藝中首次采用名為NanoFlex的DTCO技術，后續(xù)于A14節(jié)點引入NanoFlex?Pro技術。STCO則在DTCO基礎上進一步擴大協(xié)同優(yōu)化范圍，在系統(tǒng)層面實現(xiàn)芯片制造全流程協(xié)同優(yōu)化，成為2nm及以下制程的關鍵支撐技術。IMEC提出，系統(tǒng)解決方案需通過維度縮放、新材料應用與2.5D/3D互連三大路徑，對計算密度、存儲帶寬、供電與散熱等維度開展跨技術協(xié)同優(yōu)化，此為STCO的核心思路。臺積電在規(guī)劃通過晶體管密度提升、DTCO/STCO優(yōu)化、2.5D/3D封裝與硅堆疊三類技術，實現(xiàn)半導體器件算力與能效提升。我國也在著力推進DTCO與STCO的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，但當前相關工作多由EDA廠商主導定義，存在EDA企業(yè)與晶圓制造廠分別從工具視角、制程視角形成不同解讀的問題，未來需進一步強化產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。
（五）2nm以下制程光刻路徑分化，高數(shù)值孔徑光刻機（High-NA?EUV）并非行業(yè)唯一選擇
此前，極紫外光刻機（EUV）被視為5nm以下制程的關鍵制造設備，其采用13.5nm波長光源取代傳統(tǒng)DUV，實現(xiàn)更小特征尺寸的圖案化；High-NA?EUV是在此基礎上將數(shù)值孔徑從0.33提升至0.55，分辨率從約13nm提升至8nm，光源波長仍為13.5nm，并被視為2nm工藝以下的關鍵設備。然而，根據(jù)臺積電最新規(guī)劃，其2029年前所有先進制程節(jié)點均暫不引入High-NA?EUV設備，而是通過多重曝光、DTCO/STCO協(xié)同優(yōu)化等方式，持續(xù)挖掘現(xiàn)有EUV光刻機設備的工藝潛力，支撐N2、A14等節(jié)點量產(chǎn)。與之不同，英特爾則明確將在14A（1.4nm）節(jié)點全面采用High-NA
EUV，三星也已采購該設備并計劃用于2nm制程量產(chǎn)。三大廠商在光刻設備上的差異化選擇，體現(xiàn)了先進制程競爭中對成本控制、技術風險與量產(chǎn)節(jié)奏的不同戰(zhàn)略考量，也意味著High-NA
EUV并非2nm工藝及以下的唯一選擇。
（六）二維材料、光子、量子等新技術路線成為熱點研究方向
芯片制程邁入2nm后，傳統(tǒng)硅基技術逐步逼近物理極限，二維材料、光子、量子等新興技術路線具備突破性能瓶頸的核心潛力，已成為全球半導體產(chǎn)業(yè)的研發(fā)焦點。例如，二維材料可在埃米級尺度保持穩(wěn)定電學特性，有望突破硅基材料極限，預計2029年后逐步替代SiGe溝道材料，2033年后落地二維晶體管2DFET商用；光子芯片可破解電芯片帶寬與功耗瓶頸，光通信互聯(lián)技術預計2027年逐步落地，光計算有望2030年后實現(xiàn)突破；量子芯片具備顛覆傳統(tǒng)計算架構的潛力，100比特級產(chǎn)品計劃2030年商用，1000比特級產(chǎn)品目標瞄準2035年。英特爾、英偉達等國際頭部企業(yè)已圍繞前沿技術路線全面布局。此外，格羅方德與高塔半導體在先后退出先進制程競賽后，均憑借硅光等新技術實現(xiàn)“換道超車”，重新站穩(wěn)產(chǎn)業(yè)核心位置。這一路徑為我國提供了重要借鑒，目前國內(nèi)已在硅光等新興領域完成相關布局，可依此類技術實現(xiàn)半導體產(chǎn)業(yè)差異化突圍。
（七）AI成為驅(qū)動先進制程產(chǎn)業(yè)升級的關鍵
AI可針對性破解集成電路制造中設備運行監(jiān)測、停機風險預判、產(chǎn)品缺陷識別、生產(chǎn)良率改善等核心難題。從國際來看，臺積電應用Smart?Manufacturing?AIS工具，在5nm、3nm制程中實時優(yōu)化2000余項參數(shù)，設備綜合效率達92.5%，缺陷檢測周期縮短40%，顯著提升3nm工藝穩(wěn)定性并大幅降低不良率；三星導入NVIDIA?GPU與cuLitho技術，將OPC計算速度提升20倍，通過全流程AI實時分析，實現(xiàn)良率優(yōu)化、缺陷率降低與先進工藝量產(chǎn)提速。從國內(nèi)來看，部分晶圓制造企業(yè)已實現(xiàn)產(chǎn)線智能監(jiān)控全域覆蓋，借助AI開展生產(chǎn)異常預警，縮短問題排查周期30%，并通過缺陷檢測分類大模型，實現(xiàn)90%的晶圓缺陷精準識別及成因溯源，有效降低2%的良率損耗，穩(wěn)步提升生產(chǎn)管控水平。
三、對我國的啟示
當前，我國在先進制程領域與國際頭部企業(yè)存在較大差距。同時受政策限制影響，先進制程所需設備、材料進口受阻，處于“卡脖子”困境。在此背景下，我國集成電路產(chǎn)業(yè)可從多方面發(fā)力，彌補在先進制程領域的短板。
（一）通過布局先進封裝補齊先進制程發(fā)展短板
發(fā)展先進封裝技術，有利于我國規(guī)避EUV光刻機等關鍵設備制約，突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，為集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展拓展新空間。因此，我國可立足現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈與研發(fā)基礎，結(jié)合成熟工藝與先進封裝技術，依托可重構計算、存算一體等國內(nèi)優(yōu)勢新型架構，在芯粒等先進封裝技術支撐下實現(xiàn)芯片性能躍升，從而繞過先進工藝供應制約，推動高端芯片實現(xiàn)自主可控與本地化供給。
（二）推動DTCO、STCO等產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的發(fā)展模式
我國未來可構建以DTCO、STCO為核心的創(chuàng)新發(fā)展模式，推動產(chǎn)業(yè)從單一制造環(huán)節(jié)，向設計工具、系統(tǒng)優(yōu)化等高附加值領域延伸，引導上下游企業(yè)加強協(xié)同優(yōu)化。此外，集中資源突破關鍵材料、核心設備等瓶頸，提升國產(chǎn)EDA軟件系統(tǒng)集成能力與市場應用水平，為設計與制造、系統(tǒng)與工藝的協(xié)同優(yōu)化提供堅實支撐。鼓勵芯片設計企業(yè)從需求端參與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，推動產(chǎn)業(yè)鏈整體優(yōu)化，著力解決EDA企業(yè)與晶圓廠因工具、制程視角不同而產(chǎn)生的認知分歧。
（三）制定中國特色技術路線圖
受外部技術管控影響，我國集成電路自主創(chuàng)新已進入差異化發(fā)展階段，亟需構建符合自身產(chǎn)業(yè)條件的技術路線體系，規(guī)避關鍵設備與工藝短板。例如，可推動存儲領域采用4F2?DRAM、3D?DRAM等新型架構，降低對EUV光刻機的依賴；芯片架構層面可依托3D堆疊、存算一體等方案，彌補先進制程不足。
（四）超前布局前沿技術實現(xiàn)“換道超車”
我國可超前布局前沿領域，圍繞3DIC、熱管理、二維材料、量子、硅光等方向開展技術探索，深耕差異化技術賽道，實現(xiàn)半導體產(chǎn)業(yè)“換道超車”。同時，我國可依托高校與產(chǎn)業(yè)資源，由高校院所牽頭、聯(lián)合頭部企業(yè)制定中國特色技術路線圖，進一步明確技術方向與突破節(jié)點，并通過成果轉(zhuǎn)化項目打通“研發(fā)—中試—產(chǎn)業(yè)化”鏈條，加速技術落地與新質(zhì)生產(chǎn)力培育。
（五）AI賦能半導體可成為驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級的主要抓手
我國可著力推動AI技術與集成電路產(chǎn)業(yè)深度融合，深化AI在先進制程芯片設計、制造各環(huán)節(jié)的應用?？删劢辜呻娐沸袠I(yè)特性，支持大模型企業(yè)和集成電路企業(yè)聯(lián)合攻關，加快構建芯片設計、晶圓制造等領域?qū)贁?shù)據(jù)集，強化行業(yè)知識遷移訓練。從而推動產(chǎn)業(yè)從經(jīng)驗驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型，降低集成電路產(chǎn)業(yè)核心技術創(chuàng)新成本，大幅提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力。
作者介紹
沈??叢
咨詢師
長期深耕于集成電路領域，曾參與北京市集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究、北京市集成電路創(chuàng)新平臺研究等工作，同時承擔多項政府及企業(yè)委托的產(chǎn)業(yè)研究與項目咨詢?nèi)蝿铡?/p>
編輯：張 華?
審核：趙佳菲