解析下一代iPhone將采用的臺積電N3E芯片技術

據國外媒體報道，蘋果目前正在研發的A17處理器將使用臺積電的N3E芯片制造技術進行大規模生產，并且N3E很可能是首發用于A17處理器，包括之后的蘋果M系列芯片。

不難預測蘋果在2023年下半年上市的iPhone 15系列將延續iPhone 14和iPhone 14 Pro這種處理器差異化，明年可能同樣是僅iPhone 15 Pro Max和iPhone 15 Pro配備3nm工藝的A17芯片，而普通版依然是N4的A16芯片。

臺積電N3制程將進入量產階段

臺積電此前強調，臺積電N3（3nm）制程在完成技術研發及試產后，下一代3nm移動處理器節點將很快投入量產。之前預計第三季下旬投片量將大幅拉升，第四季月投片量將達上千片水準，開始進入量產階段。不過時間來到九月，目前還沒有臺積電正式開始量產N3芯片的消息。

臺積電N3制程仍延用FinFET晶體管架構，其主要優勢在于可充分發揮EUV技術優異的光學能力，以及符合預期的良率表現，減少光罩缺陷及制程堆棧誤差，并降低整體成本。

目前，芯片設計人員必須使用一種晶體管類型。但是到了3nm節點，這種設計方法使用起來會比現有技術更昂貴。所以針對N3制程，臺積電推出了FinFlex技術 —— FinFlex技術允許芯片設計人員在一個模塊內混合和匹配不同類型的FinFET，以實現更高的性能、更高的密度和更低的功耗。

基于FinFET工藝，芯片設計人員可以在使用不同晶體管的不同庫之間進行選擇：當需要以犧牲性能為代價來最小化芯片尺寸并節省功耗時，使用雙柵極單翅片鰭式FET；當需要在芯片尺寸和更高功耗的權衡下最大限度地提高性能時，會使用三柵極雙翅片晶體管；當需要更平衡的參數時，可以使用雙柵極雙翅片鰭式FET。

FinFlex是優化N3節點性能、功耗和成本的好方法，這項技術使FinFET的靈活性更接近于基于納米片的GAAFET，后者可提供可調節的通道寬度，以獲得更高的性能或更低的功耗。

值得注意的是，FinFlex不能替代節點專業化（性能、密度、電壓），因為工藝技術比單一工藝技術中的庫或晶體管結構有更大的差異。

隨著制造工藝變得越來越復雜，它們的尋路、研究和開發時間也變得越來越長，因此我們不再看到臺積電和其他代工廠每兩年就會出現一個全新的節點。在N3中，臺積電的新節點引入節奏將擴大到2.5年左右。

這意味著臺積電將需要提供N3的增強版本，以滿足其客戶的需求，這些客戶仍在尋求每瓦性能的改進以及晶體管密度每年左右的提升。在2022年臺積電技術研討會上，出的四種N3衍生制造工藝（總共五個3nm級節點）—— N3E、N3P、N3S和N3X。

臺積電及其客戶需要多個版本的N3的另一個原因是，它的N2依賴于使用納米片實現的全新柵極環繞場效應晶體管（GAA FET），預計這將帶來更高的成本、新的設計方法、新IP和許多其他變化。

雖然尖端芯片的開發人員將很快轉向N2，但臺積電的許多普通客戶將在未來幾年堅持使用各種N3技術。與臺積電的N7和N5一樣，N3將成為世界上最大的半導體對比度制造商的另一個持久節點系列。

臺積電N3E是N3的升級版

根據臺積電的說法，與N5工藝相比，N3工藝可降低約25-30%的功耗，性能提升10-15%，晶體管密度提升約70%。但N3工藝存在一個天然缺陷，那就是只適合制造特定的產品，較高的成本也讓人望而生怯。

N3是為特定類型應用量身定制的，因此它的工藝窗口相對較窄（產生確定結果的一系列參數），在良率方面并不適合所有應用。這就輪到N3E上場了。

據悉，臺積電的N3E技術是目前第一代3nm技術（N3）的升級版，臺積電首席執行官透露，“N3E將進一步擴展我們的N3系列，提高性能、功率和良率。我們觀察到N3E的客戶參與度很高，量產計劃在N3之后一年左右，或者大約明年這個時候。”

泄露出的臺積電PPT顯示，新一代N3E工藝良率超過預期，其中N3E的256Mb SRAM平均良率約為80%，移動設備以及HPC芯片的良率也為80%左右，而環式振蕩器良率甚至能超過92%。業界認為N3E工藝量產時間將會提前到23Q2，而且將會成為各大廠商明年新品的量產主力。

與N5相比，N3E的功耗（在相同的性能和復雜性下）將降低34%或性能提高18%（在相同的功耗和復雜性下），并將邏輯晶體管密度提高1.6倍。但權衡是該節點的邏輯密度略有降低：據了解N3E在N3基礎上減少了EUV光罩層數，從25層減少到21層，邏輯密度低了8%。總的來說，N3E看起來是比N3更通用的節點。

在今年8月份，就有爆料稱臺積電內部決定放棄N3工藝，因為客戶都轉向了2023年下半年量產降本的N3E工藝，其中放棄的客戶中就包括了蘋果。只不過截至目前，蘋果方面都還沒有對A17芯片工藝的諸多消息做出官方表態。

而依據這一次的最新消息，除了A17芯片，部分Mac電腦的芯片也將采用N3E工藝。此外，知情人士還透露稱，作為臺積電另一大客戶的英特爾，已經將3nm芯片的訂單推遲到2024年或者更靠后。

蘋果之前也一直被傳將會使用臺積電的3nm工藝，所以之前一直傳的M2芯片將會使用3nm工藝的傳言，也在M2芯片發布的時候被不攻自破，但是蘋果仍然是表示之后會成為臺積電的3nm工藝客戶。

N3E工藝之所以能夠成為大家想要的，除了技術的升級之外，還和良品率有很大的關系，良品率一直都是這些大企業在供應商上面挑選的一個很大的點。

3nm制程競賽誰會是冠軍

3nm制程的復雜度比7nm和5nm更高，且對資金、人力等各種資源的要求更高，當下，也只有三星和臺積電能夠延續這一游戲。

然而，三星的良率問題一直困擾著它，這也是之前7nm、5nm制程一直被臺積電壓制的主要原因，爭取在良率方面有質的飛躍，從而贏得更多客戶的信心是三星必須解決的問題。

英特爾的新GPU會在明年采用臺積電的3nm制程，AMD的Zen 5架構部份產品已確定采用臺積電3nm制程，不過也要等到2024年。此外，英偉達、聯發科、高通、博通等大客戶，同樣會在2024年采用3nm制程量產各自的新產品。

對此臺積電回應指出：“臺積公司不評論個別客戶業務。公司產能擴充項目按照計劃進行。”另外，調研機構以賽亞調研也指出，3/5nm等先進制程有八成左右是共用機臺，因此臺積電可以根據其他制程客戶的需求彈性調配。

這樣一來，三星似乎就多了一些時間去爭取客戶，相對于在7nm、5nm量產時的客戶爭奪戰而言，三星在3nm處的操作空間或許更大一些。

同時由于客戶產品日程的推遲，臺積電決定放慢擴產進度，以確保產能不會過度閑置，導致巨大的成本攤銷壓力。除了正式通知設備供應商公司有意調整2023年設備訂單外，由于3nm擴產成本高昂，集邦咨詢預計此舉還將影響臺積電2023年CapEx計劃的部分內容。因此，臺積電2023年的資本支出規模可能低于2022年。

面對三星的追趕，臺積電也是壓力山大，不進則退，該公司每年都在增加資本支出，其中一大部分都是用于最先進制程工藝的研發和晶圓廠建設。不過，這樣的高投入是否能夠長期延續下去，還要畫一個問號。未來，在投入新技術研發和成本控制之間的平衡，或許會成為一個越來越重要的課題。

要想實現3nm制程量產，巨額投入是必不可少的，特別是購買相關設備的資金量巨大，即使是臺積電這樣的廠商也不得不精打細算。為了控制成本，臺積電專門制定了EUV改善計劃，并改良EUV光刻機設計，以及導入先進封裝，以求更多客戶愿意采用3nm制程。

值得一提的是，臺積電今年7月實現營收1867億新臺幣，同比增長49.9％，環比增長6.2%。今年前7個月，營收總計1.21萬億新臺幣，同比增長41.1%。展望下個季度，臺積電預估第3季合并營收在198億-206億美元。隨著臺積電的客戶推出3nm制程的產品，將為臺積電2024年的營收表現注入動力。