晶圓代工，角逐1nm

當2nm制程的戰鼓剛剛擂響，半導體行業的目光已然投向了更前沿的技術無人區——1nm（A10）節點。這不僅是摩爾定律的終極考場，更是芯片制造工藝從"納米時代"邁向"埃米時代"的分水嶺。

據IMEC（比利時微電子研究中心）發布的未來硅基晶體管的亞1nm工藝節點路線圖預測，到2036年，半導體器件將從納米時代邁入原子（埃米）時代，這意味著硅材料的原子級精準制造將成為半導體科技發展的戰略突破方向。1nm等于10埃米，這意味著人類將在原子尺度上搭建晶體管，每一個原子的位置都關乎成敗。

臺積電、三星、英特爾三大產業巨頭都披露了1nm級制程相關計劃，將這場先進工藝的軍備競賽推向埃米時代。在這個節點上，晶體管架構將從GAA納米片進化到CFET（互補場效應晶體管），光刻機需要實現0.55甚至0.75的數值孔徑，晶圓廠的造價將飆升至300億美元以上。這是一場只有頂級玩家才能參與的豪賭。

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1nm量產消息不斷

在量產進度上，幾家巨頭的時間表既相互追逐又各有保留。

作為全球晶圓代工的龍頭，臺積電拿下了全球晶圓代工市場近70%的份額，在先進制程領域更是長期領跑行業。目前其2nm N2工藝于2025年年底實現量產，今年迎來蘋果、AMD等頭部客戶的規模商用；后續的A16工藝將由NVIDIA費曼GPU首發，年底啟動試產，2027年正式量產。

在更前沿的1nm賽道，臺積電的布局早已落地。按照規劃，其首個埃米級工藝A10（1nm）將于2030年正式面世，屆時采用臺積電3D封裝技術的芯片，晶體管數量將突破1萬億個，即便是傳統封裝芯片，晶體管規模也將超過2000億個。產能配套方面，總面積達531公頃的臺南沙侖園區將于今年4月進入二期環評，2027年三季度完成最終環評。根據臺積電之前公布的計劃，園區規劃建設6座晶圓廠，其中P1-P3工廠主攻1.4nm工藝A14，P4-P6工廠則專為1nm工藝A10布局，后期不排除還有0.7nm工藝。此外，有消息稱，臺積電規劃的臺南Fab 25晶圓廠可容納6條產線，同樣按照P1-P3產線適配1.4nm、P4-P6產線適配1nm的規格布局。在A10之前，臺積電預計將于2028年推出1.4nm工藝A14，升級第二代GAA晶體管結構與背面供電技術。

三星電子的晶圓代工業務已定下2030年前完成1nm級先進制程工藝SF1.0開發并轉移至量產階段的目標，意圖與臺積電爭奪先進制程話語權。

三星的激進背后，是尷尬的現實困境。盡管在2nm工藝上率先發布Exynos 2600芯片，但其試產良率僅為30%，今年年初其2nm GAA制程(SF2)的良率才提升至50%。而競爭對手臺積電的2nm工藝良率初期便達到60%。更嚴峻的是，高通、AMD等核心客戶持續將訂單轉向臺積電，就連三星自家的Galaxy S25系列也棄用Exynos芯片，轉投高通驍龍懷抱。

英特爾在2024年的Foundry Direct Connect活動上更新了路線圖：14A（1.4nm）節點將于2026年開始生產，而10A（1nm）節點將于2027年底進入開發/生產階段。

日本Rapidus也在積極布局。Rapidus是由包含索尼（Sony）與豐田（Toyota）在內的八家日本大型企業共同結盟成立，野心是將與臺積電之間的技術差距大幅縮短至六個月之內。目前正在積極開發1.4nm技術，2029年開始生產。然而，部分市場分析師預測，Rapidus可能會嘗試提前在2028年底就啟動營運。這家日本晶圓代工廠在業務推進上展現了強勁的動能，但它仍面臨嚴峻的結構性挑戰，即日本缺乏能夠消化1nm龐大需求的大型Fabless市場。

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1nm技術實力分析

1nm制程的技術挑戰遠超以往，核心在于晶體管架構的代際躍遷。

從GAA到CFET的進化

當前2nm節點普遍采用GAA（Gate-All-Around，環繞柵極）納米片晶體管，但1nm節點需要更激進的架構。IMEC的路線圖顯示，從2nm到A7（0.7nm）節點將采用Forksheet（叉片）設計，隨后在A5和A2節點引入CFET（Complementary FET，互補場效應晶體管）。

三星已明確將在1nm節點采用Forksheet結構——這是GAA納米片的進化版，在標準GAA基礎上新增介質壁，可進一步提升晶體管密度與性能。臺積電在1nm制程中可能不會立即采用CFET，而是繼續優化GAA架構。

CFET的核心突破在于3D垂直堆疊：將N型與P型晶體管上下堆疊，共享同一柵極，面積可縮減50%，電流密度提升2倍 。這意味著在同樣的芯片面積上，晶體管密度將實現質的飛躍。不過，CFET 架構對晶圓正面層疊工藝的精度要求達到了原子級，多層器件的對齊難度極高，產業化落地面臨不小的挑戰。

值得注意的是，按此前的技術路徑，CFET本是下一代架構的公認標桿。但中國北京大學提出的FlipFET技術，首次實現了8層晶體管的三維垂直集成，單位面積邏輯密度較傳統FinFET提升3.2倍，功耗降低58%。這一突破性成果被業界視為延續摩爾定律的最具潛力方案之一。不同于CFET依賴復雜的晶圓正面層疊工藝，FFET先在晶圓正面制造n型晶體管（如FinFET NMOS），再通過鍵合另一晶圓并翻轉減薄，在背面制造p型晶體管（如FinFET PMOS）。這種結構無需垂直堆疊，而是通過物理翻轉實現n/p器件的空間分離，從根本上避免了CFET的多層對齊難題。

光刻技術的極限挑戰

1nm制程對光刻技術提出了近乎苛刻的要求。ASML的High-NA EUV（0.55 NA）光刻機已經交付，其分辨率提升至8nm線寬，理論上在雙重曝光下可支持1nm芯片生產。但每臺設備成本超過3.5億歐元，重達15萬公斤，需要250名工程師花費6個月組裝。

更遙遠的是ASML正在研發的Hyper-NA EUV（0.75 NA），預計2030年前后推出，對應產品命名為HXE系列。ASML預計，Hyper AN光刻機或許能做到0.2nm甚至更先進工藝的量產，但目前還不能完全肯定。

背面供電與新材料

為緩解布線擁塞，1nm節點將普遍采用背面供電網絡（BSPDN）技術，將電源傳輸網絡移至晶體管背面，從而提升信號完整性并降低功耗。此外，二維材料如二硫化鉬（MoS?）作為晶體管溝道材料的研究也在加速，其在1nm尺度下仍能保持開關特性，電子遷移率比硅高10倍。

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1nm市場潛力

臺積電預測，到2030年，采用3D封裝技術的芯片晶體管數量將超過1萬億個，而采用傳統封裝技術的芯片晶體管數量將超過2000億個。相比之下，當前英偉達GH100只有800億個晶體管。

這意味著什么？AI訓練芯片的算力將迎來新一輪爆發。臺積電指出，從5nm到A14的每一代工藝，都將實現約30%的功耗效率提升、15%的性能增益和20%的晶體管密度提升。

三星則將1nm的賭注押在AI芯片上。據韓媒報道，特斯拉的AI6芯片將采用三星的SF2T工藝于2027年量產，而三星的1nm工藝將瞄準下一代AI加速器。

更值得關注的是，1nm芯片的制造成本將達到天文數字。從3nm到2nm，晶圓成本已從約1.8萬美元漲至3萬美元。若延續這一趨勢，1nm晶圓成本可能達到4.5萬美元以上（約合32萬人民幣），甚至更高。這不僅考驗著芯片設計公司的財力，更可能重塑整個半導體產業的商業模式。

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背后的贏家

在這場 1nm 制程的全球角逐中，除了晶圓代工巨頭的正面交鋒，產業鏈上游的核心玩家，早已成為決定戰局的關鍵力量，甚至是這場競賽的隱形贏家。

首當其沖的是光刻機巨頭ASML。ASML壟斷先進光刻機市場，占據90%份額，其EUV和高數值孔徑EUV光刻機是3nm及以下制程芯片的核心設備。在1nm的角逐中，ASML依舊是無可替代的關鍵角色。

近日，imec宣布ASML EXE:5200高數值孔徑EUV光刻系統正式上市，這是目前最先進的光刻工具。imec 預計 EXE:5200 高數值孔徑 EUV 光刻系統將于 2026 年第四季度完成全面認證。與此同時，位于費爾德霍芬的 ASML-imec 聯合高數值孔徑 EUV 光刻實驗室將繼續運營，確保 imec 及其生態系統合作伙伴的高數值孔徑 EUV 研發活動的連續性。ASML的EXE:5200（High-NA EUV）將成為1nm工藝的入場券。

此外，刻蝕、薄膜沉積等其他工藝設備也是重中之重。今年三月，IBM宣布與半導體設備制造商泛林(Lam Research)就亞1nm尖端邏輯制程的開發達成合作，雙方為期5年的新協議將重點聚焦新材料、先進蝕刻/沉積工藝、High NA EUV光刻的聯合開發。兩家企業將結合IBM奧爾巴尼園區的先進研究能力和泛林的端到端工藝工具和創新技術，團隊將構建并驗證納米片和納米堆疊器件以及背面供電的完整工藝流程。這些能力旨在將High NA EUV圖案可靠地轉移到實際器件層中，實現高良率，并支持持續的微縮化、性能提升以及未來邏輯器件的可行量產路徑。

而應用材料也在近日宣布推出兩款適用于埃級工藝（1埃米 = 0.1納米）的沉積設備，這兩款設備已導入領先邏輯芯片制造商的2nm 及以下尖端工藝中。應用材料表示，GAA 全環繞柵極結構正成為尖端工藝的必然之選，可帶來顯著的能效提升。不過 GAA 的結構相較 FinFET 也更為復雜，需要超過 500 道工序方能制造，而這其中不少都要用到全新的材料沉積方法。

總的來看，1nm制程的競賽實際上是一場"技術、資本和耐心"的立體戰爭。臺積電依舊穩扎穩打，依靠客戶粘性和技術積累保持領先；三星試圖通過激進的路線圖和架構創新（Forksheet）實現彎道超車；英特爾則希望借助美國芯片法案的支持，在2027年重返第一梯隊；而Rapidus作為新玩家，正試圖用"快魚吃慢魚"的策略在縫隙中尋找機會。而在這背后，還需要半導體設備商的支持。

1nm是否會成為摩爾定律的終點？或許在2030年，當第一片A10晶圓下線時，我們才能找到答案。但可以確定的是，這場"角逐1nm"的戰役，已經悄然打響。