在2022年年底，台积电就已宣布3nm工艺实现量产的消息，但直到近日，第一款由台积电代工的3nm芯片才正式问世。不过，这第一款3nm并不属于台积电的最大客户苹果，而是Marvell的数据中心芯片。
风声听了这么久，总算是见到雨了，但这并不意味着台积电的3nm技术已经可以完美量产。
此前，台积电的3nm节点进程遭受来自产能、良率等方面的质疑。多家外媒报道，目前台积电正在竭尽全力来生产足够多的3nm芯片来满足苹果公司的需求，但是目前仍然无法满足订单数量要求。并且，台积电3nm芯片生产的良品率仅为55%，也尚不能满足苹果的需求。
面对上述情况，来自不同机构的分析师向EE Times表示，只有在更高级的EUV设备NXE:3800E面市之后，台积电真正的3nm技术才能扩展。
以下是原文《TSMC’s 3-nm Push Faces Tool Struggles》。
台积电（TSMC）正在努力满足顶级客户苹果公司对3nm芯片的需求。据接受EE Times访问的分析师称，该公司在工具和产量方面的困境阻碍了其以世界领先的技术进行批量生产的步伐。
台积电和它在代工业务中的最大竞争对手——排名第二的三星，正在争先为苹果和Nvidia等客户生产高性能计算（HPC）和智能手机的3nm产品。并且，台积电在上周的季度业绩公告中成为最新一例声称3nm技术领先的公司。
“我们的3nm技术是半导体行业中第一个能够大批量生产并具有良好良率的技术。”台积电CEO魏哲家在与分析师的电话会议上说，“由于我们的客户对N3（台积电3nm的术语）的需求超过了我们的供应能力，我们预计N3将在2023年得到HPC和智能手机应用程序的全面支持。可观的N3收入贡献预计将在第三季度开始，2023年，N3将在我们的总晶圆收入占个位数百分比。”
台积电、三星和英特尔正瞄准技术领先地位，以服务包括苹果、英伟达和其他CPU设计厂商。最终的领头羊将在代工业务中获得最大的利润份额，几十年来，代工业务的增长速度超过了整个半导体行业的增长速度。来自Susquehanna International Group的分析师Mehdi Hosseini表示，目前，台积电仍稳居榜首。
代工厂的诀窍是使来自多个供应商的极其昂贵的生产工具以最高效率共同运作。
Hosseini在他提供给EE Times的一份报告中表示：“在我们看来，台积电仍然是先进节点的首选代工厂，因为三星还没有展示出稳定的先进工艺技术，而IFS（英特尔代工服务）离提供有竞争力的解决方案还有几年时间。”
01
3nm良率只有55%
等待更新的EUV设备
Hosseini表示，在2023年下半年，台积电将在N3节点生产苹果的A17和M3处理器，以及在N4和N3节点生产基于ASIC的服务器CPU。并且，台积电还将在N5节点制造英特尔的Meteor Lake图形芯片，在N5和N4节点制造AMD的Genoa和Nvidia的Grace处理器，以及在N5节点制造Nvidia的H100 GPU。
Arete Research的高级分析师Brett Simpson在提供给EE Times的一份报告中表示，至少在N3的前三到四个季度并且良率攀升到70%左右之前，苹果将只为已知的合格的芯片向台积电付费而不是支付标准晶圆价格。
“我们认为台积电将在2024年上半年与苹果一起对N3进行正常的基于晶圆的定价，平均售价约为16000-17000美元。”Simpson说，“目前，我们认为台积电A17和M3处理器的N3良率在55%左右（在N3发展的这个阶段是一个健康的水平），而且台积电看起来会按计划在每季度将良率提高5个点以上。”
Arete报告表示，对于iPhone A17芯片，台积电将做82个掩模层，芯片尺寸可能在100-110毫米的范围内。报告补充道，这意味着每片晶圆的产量约为620个芯片，晶圆周期为四个月。而M3的芯片尺寸可能在135-150毫米左右，每片晶圆的产量约为450个芯片。
Simpson表示，台积电现在的重点是通过这种早期的提升来优化产量和晶圆周期时间，以推动效率。
Hosseini表示，由于需要采用ASML的EUV光刻技术进行多重曝光，台积电推迟了3nm的推出和量产，“虽然EUV多重曝光的高成本使EUV的成本/效益不具吸引力，但放松设计规则减少曝光次数，将会导致裸晶的尺寸增加。他补充道，在更高吞吐量的ASML的EUV NXE:3800E于2023年下半年面世之前，“真正的”3nm节点将无法扩展。
据Hosseini说，NXE:3800E将有助于提高晶圆产量，比目前的NXE:3600D提高约30%，降低EUV多重曝光的整体成本。
Hosseini在报告中说，台积电将在2024年上半年加速采用NXE:3800E，因为代工厂为更多的客户提供N3E技术和3nm节点的其他变体技术。
台积电正在从客户Nvidia那里获得光刻技术的帮助。
魏哲家表示，“cuLitho”软件和硬件正在将昂贵的操作转移到Nvidia GPU上，这将有助于台积电部署逆光刻技术和更深层次的学习。
02
预计2023年业绩下滑
但别的代工厂更不好过
台积电预计其下一个节点，即N2，将于2025年开始生产。
“在N2，我们观察到客户的兴趣和参与度很高，”魏哲家表示，“我们的2nm技术在推出时将是业界在密度和能效方面最先进的半导体技术，并将进一步扩大我们在未来的技术领先地位。”
台积电表示，目前席卷整个行业的芯片库存修正的水平已经高于台积电三个月前的预期，并可能延续到今年第三季度。因此，台积电现在预计，其2023年的收入可能会出现近十年来的首次下降，其销售额可能下降个位数百分比。
台积电的顶级Fabless客户(来源：Arete Research)
Simpson表示：“我们认为对于其他代工企业来说，2023年的销售额可能会比台积电下降得更多，下半年复苏乏力是常态。”
尽管经济下滑，台积电仍坚持与去年相同的资本支出预算，大约在320亿至360亿美元之间。由于设备利用率下降，台积电寄希望于第三季度的业务反弹。
产能利用率是衡量盈利能力的一个关键指标。
“我们预计混合利用率将在2023年第二季度陷入低谷，约为66%，N7利用率将低于50%，“Hosseini表示，“我们预计，在新产品升级的推动下，利用率将在2023年下半年出现反弹。”
