昨天，台积电交出了一份出色的成绩单，这带动公司股价再创历史新高。
如下图所示，在台积电三季度的营收中，5nm成为了公司的主要工艺，贡献了本季度32%的营收。从下图有右可以看到，这种状况从23年Q1以来维持至今。在当季度，5nm贡献了台积电31%的营收，7nm仅为20%。而上一季度（22年Q4），7nm和5nm的贡献不分伯仲。
随后的时间里，5nm一直是公司的营收担当，但3纳米正在悄然崛起。自2022年台积电成功量产3纳米鳍式场效电晶体（3nm FinFET，N3）制程技术，短短两年，该先进工艺已为其营收贡献了不菲的份额。
随着AI应用的爆发式增长，各大芯片厂商纷纷抢滩3nm，一场激烈的市场争夺战已全面打响。
七大芯片巨头，扎堆挤进3nm
在众多细分领域中，手机芯片，例如苹果的A系列，一直以来都是半导体工艺的“风向标”，率先采用最先进的工艺节点。然而，随着人工智能的迅猛发展，AI芯片也开始在这一领域崭露头角，甚至成为了新的“领跑者”。目前诸多AI芯片公司几乎都加入了台积电3nm新节点的争夺战。
3nm是当下最先进的已经量产的工艺节点。2022年，台积电领先业界成功量产3纳米（N3）制程技术。N3是继5纳米（N5）制程技术之后的另一个全世代制程。而在N3制程技术之后，台积电又推出能够支持更佳功耗、效能与密度的强化版N3E及N3P制程。此外，台积公司进一步提供广泛的技术组合满足客户多样化的需求，其中包括为高效能运算应用量身打造的N3X制程、以及支持车用客户及早采用业界最先进制程技术的N3AE解决方案。
目前台积电3nm项目清单中包括Apple A18、Apple M4和用于iPhone的 A19芯片、高通即将推出的骁龙 8 Gen4 芯片、英特尔的新款 Lunar Lake和Arrow Lake CPU、AMD 的新款 Zen 5 CPU 和即将推出的Instinct MI350 系列 AI 加速器，以及NVIDIA的下一代 Rubin R100 AI GPU（将搭载未来一代 HBM4 内存）、联发科的新款Dimensity C-X1（汽车芯片）。
苹果自去年的A17 Pro芯片开始，就率先使用了3nm工艺。今年的A18和A18 Pro则更进一步，分别采用的是台积电N3E和N3P工艺。据天风国际分析师郭明錤的推文透露，苹果2025年iPhone 17的处理器A19 Pro芯片，将继续采用台积电的N3P工艺/3纳米技术制造。2026年iPhone 18型号的处理器预计将使用台积电的2纳米技术。然而，出于成本方面的考虑，并非所有新款iPhone 18都将配备2纳米处理器。
自从苹果自研电脑芯片M系列以来，M芯片也和A系列芯片一样，迅速采用先进工艺。去年苹果的M3系列就开始使用3nm工艺。而下一代M4芯片，将采用台积电第二代3nm制程，晶体管数量达280亿。
高通是除苹果之外最大的手机芯片供应商。高通的骁龙8 Gen 4今年也开始采用3nm制程。随着高通骁龙峰会的邻近，高通骁龙8 Gen 4也释放出了更多的细节。据悉，这是高通首款搭载自研Oryon内核的智能手机SoC，将采用台积电3nm N3E工艺量产。高通这次将其命名为骁龙8 Elite，不再沿用此前的“第四代骁龙8”的命名方式。这款芯片也将成为安卓阵营的旗舰标杆。
不过在此之外，高通的一大竞争对手联发科已经率先发布了天玑9400，这是联发科首款3nm芯片组，采用台积电第二代3nm工艺N3E，能效提高高达40%。联发科称，这是唯一一款搭载最新Armv9.2 CPU优势的旗舰5G智能手机芯片。
谷歌的Tensor系列手机芯片过去四代一直采用三星的工艺代工，不过从Tensor G5开始谷歌将转向台积电，采用台积电3nm工艺，并搭配台积电的InFO-POP封装。Tensor G5是谷歌首款完全自主设计的手机芯片，此前四代Tensor芯片均基于三星Exynos平台进行修改定制。这对三星来说，又失去了一个重要客户，由于三星代工厂的产量和功率效率存在问题。
不过智能手机市场进入平缓期已成为行业共识，而以ChatGPT为代表的人工智能市场却展现出勃勃生机。英伟达、AMD和英特尔三家芯片巨头正全力投入AI芯片的研发和生产，力争在AI芯片市场分得一杯羹。
英伟达的Rubin AI GPU被业界传言将采用3nm工艺，但Rubin架构的GPU预计要到2026年才能上市，因此英伟达将在几大巨头中最晚推出3nm芯片。目前，英伟达正在全力研发Blackwell GPU，消息称该GPU在未来一年的供应已经售罄。不得不说，英伟达的GPU确实非常抢手，在工艺上也不必过于激进。
AMD Instinct系列GPU是面向AI市场的重要武器。Instinct此前一直采用5纳米/6纳米双节点的Chiplet模式，而从多次AMD所公布的路线图来看，到了MI350系列，就升级为了3纳米。下一代Instinct MI350系列将于2025年上市。AMD表示，Instinct MI350 系列将基于3nm工艺节点，还提供高达288 GB的 HBM3E 内存，并支持 FP4/FP6数据类型。
来到英特尔方面，首先英特尔的AI PC处理器Lunar Lake SoC已经使用了3纳米，采用了英特尔的Foveros 3D封装技术，芯片生产外包给了台积电。Lunar Lake架构主要由两个组件构成：计算芯片和平台控制器芯片。整个计算块，包括P核和E核，都建立在台积电的N3B节点上，而SoC块则使用台积电N6节点制造。
英特尔另外一款要采用3nm的芯片是代号为Falcon Shores的独立GPU，但是随着近来英特尔所面临的巨大挑战，英特尔似乎正在做一些调整，其中包括裁员、削减成本、推出训练市场转而聚焦在x86架构推理方面，这些可能会影响到Falcon Shores，该产品原本预计将于明年发布。
联发科除了做手机处理器之外，也瞄准广阔的AI市场。今年4月26日，联发科在北京车展发布天玑汽车平台新品，天玑汽车座舱平台CT-X1采用3nm制程，CT-Y1和CT-YO采用4nm制程，为智能座舱带来了巨大的算力突破。
联发科也有意进军AI PC，此前据报道，联发科技与英伟达正在合作开发一款采用3nm制程的AI PC芯片。该芯片预计在2025年下半年实现量产。这款芯片将搭载英伟达的GPU IP，为AI PC提供强大的图形处理和人工智能计算能力，以此进入高端笔记本电脑市场。
可以看出，下一代的AI芯片都在拥抱3nm，为什么AI芯片会如此青睐先进工艺？
- 算力需求激增：AI模型的复杂度不断攀升，对芯片的算力要求也与日俱增。先进工艺能提供更高的晶体管密度和更快的运算速度，从而满足AI计算的庞大需求。
- 能效比至关重要：AI芯片不仅要快，还要省电。先进工艺能带来更低的功耗，延长设备的续航时间，这对于移动端的AI应用尤为关键。
- 市场竞争激烈：AI芯片市场竞争异常激烈，各大厂商纷纷推出自己的产品。采用先进工艺，不仅能提升产品的性能，还能在市场竞争中占据优势。
台积电赚翻了
在先进的3纳米芯片领域，台积电无疑是当之无愧的领跑者。由于三星的良率问题以及英特尔尚未实现量产，台积电在这一制程上独占鳌头。2023年第四季度，尽管仅有苹果一家客户采用台积电的3纳米工艺，但其营收仍占公司总收入的15%，高达29.43亿美元，充分彰显了这一先进制程的巨大潜力。
今年第一季度和第二季度，3纳米工艺节点在台积电的总营收中占比分别为9%和15%。其中，一季度的占比相对较低，主要受到智能手机市场季节性波动的影响。进入三季度，如上图所示，3纳米占了公司20%的营收。台积电财务长黄仁昭表示，2024年第三季业绩受惠于智慧型手机和AI相关应用对3纳米和5纳米技术的强劲需求，此一态势可望持续至第四季。第四季合并营收预计介于261亿美元至269亿美元之间。
不过据《电子时报》报道，凭借3纳米和5纳米这两个高端制程，台积电有望在前三季度创造约1万亿新台币（310亿美元）的营收。2024年前三个季度台积电的收入总计新台币20,258.5亿元，比2023年同期增长 31.9%。
随着越来越多的客户采用该制程，3nm工艺节点将在台积电的收入中占据相当大的份额。据 ICSmart.cn报道，今年台积电的 N3 系列节点（包括N3B和N3E）将在 2024 年占到该代工厂总收入的20%以上。预计2025年，3nm将占台积电2025年收益的30%以上。
考虑到AI需求旺盛，加上苹果、高通等IC设计公司的消费产品订单，台积电产能仍然紧张。
供不应求的情况下，涨价之势就起来了。据悉台积电计划将3nm、5nm等先进制程的价格上调8%，以确保长期稳定的利润率。
此前DigiTimes指出，台积电将对其尖端3nm芯片收取更高的价格，3nm将突破2万美元。这也意味着下一代CPU和GPU将比现在更加昂贵。生产成本的大幅上涨，芯片行业势必会将其转嫁给下游客户和消费者。据了解，高通上一代骁龙 8 Gen3 处理器芯片本身售价约为 200 美元，但新款骁龙 8 Gen4 处理器售价可能超过250美元，这无疑会使新旗舰智能手机的价格更高。
除了制程先进以外，有传闻称台积电也因AMD、NVIDIA等大厂对AI芯片的需求，CoWoS产能也是一大问题。《工商时报》引述业界消息指出，台积电计划在第3季前新增CoWoS相关机台，并已要求设备厂商增派工程师，以充实龙潭AP3厂、竹南AP6厂及中部科学园区AP5厂的产能。
MoneyDJ报道中引用的消息人士此前估计，台积电CoWoS产能仍然供不应求，今年每月产能为3.5万至4万片。加上额外的外包产能，明年的产量可能达到每月6.5万片以上，甚至可能更高。
写在最后
总的来说，七大芯片巨头，扎堆挤进3nm，这不仅是一场技术竞赛，更是一场关于产能的角逐。随着AI、5G等技术的不断发展，对芯片性能的需求将日益增长。3nm工艺的成熟应用，将为这些新兴技术提供坚实的底层支撑，推动整个电子产业迈向新的高度。然而，技术的进步也伴随着挑战，如高昂的制造成本、良率问题等。
未来，如何平衡性能、功耗和成本，将是芯片厂商们面临的重要课题。不过，对台积电来说，好日子依然在向他们招手。
日经亚洲报导，台积电董座兼CEO魏哲家表示，一家主要客户透露，AI需求旺到「疯」。他认为这只是开始，这波态势可望延续好几年。魏哲家称，几乎所有AI公司皆与台积电合作，因此TSMC对产业前景的看法，可说是既广且深。
而且，按照魏哲家所说，公司2nm客户询问度高于3吗，，A16需求也很强。
魏哲家表示，高速运算（HPC）加速往小芯片（Chiplet）设计，但并不会影响2nm采用，且客户目前对2nm需求也比3nm还高，预计产能也将会更高。至于最先进的A16 需求也很强，A16对AI服务器应用有很强的吸引力，台积电积极准备相关产能，以应对客户需求。
“法人关注未来PC、智能手机需求，预计未来 PC、手机出货量会是个位数成长，但硅含量成长将超过出货量。”魏哲家说。
本文作者：杜芹DQ，来源：半导体行业观察，原文标题：《3nm，被疯抢》。
