1nm芯片时代的到来

1nm芯片时代的到来

2025-06-19 09:44·厦门毅睿科技

出自半导体芯片之“各方诸侯”系列

2025年全球与中国芯片技术发展态势深度剖析报告

一、全球芯片制造商头部排名及数据分析

(一)综合排名情况

根据Omdia数据,2024年全球芯片公司排名发生显著变化 ,英伟达凭借在AI芯片领域的卓越成就登顶。其在人工智能浪潮下,数据中心业务的GPU需求暴增,驱动营收高速增长。三星电子作为半导体综合巨头,虽内存与逻辑芯片业务规模庞大,但在AI芯片转型速度上不及英伟达,位居第二 。博通凭借在通信芯片领域深厚积累以及对AI相关芯片业务的拓展,从2023年第六名跃升至2024年第三名。英特尔受PC市场萎缩以及自身制程技术迭代缓慢影响,虽仍在前十,但排名下滑。


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来源:网络公开资料

(二)细分领域排名

1. 存储芯片领域:三星电子在DRAM和NAND Flash市场份额分别达到41.4%和32.7%,稳居榜首;SK海力士DRAM份额为31.7%,NAND技术实力也强劲,排名第二;美光科技主导22.9%的DRAM市场,位列第三。存储芯片市场呈现寡头垄断格局,三家企业合计占据全球DRAM市场超90%份额 。

2. 晶圆代工领域:台积电以67.6%的市占率遥遥领先,在先进制程如3纳米、5纳米工艺上技术成熟且产能规模大,为苹果、英伟达等众多芯片设计巨头代工;三星电子凭借自身设计与制造一体化优势,占据7.7%份额,排名第二;中芯国际作为中国大陆晶圆代工龙头,占比6.0%,位居第三 ,在14纳米及成熟制程工艺上不断突破。

二、中国芯片技术布局现状

(一)芯片设计领域

中国拥有如华为海思、紫光展锐、比特大陆等一批优秀企业。华为海思在手机SoC芯片、5G通信芯片领域技术先进,麒麟系列芯片集成高性能CPU、GPU、NPU等核心模块 ,具备强大的运算与人工智能处理能力;紫光展锐在物联网芯片、智能手机芯片领域产品线丰富,覆盖中低端市场,在全球市场有一定份额;比特大陆专注于区块链计算芯片,在加密货币挖矿芯片领域处于行业领先地位 。

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来源:网络公开资料

(二)芯片制造领域


中芯国际是中国芯片制造代表企业,已实现14纳米FinFET工艺量产,良品率逐步提升,在更先进的7纳米、5纳米工艺研发上持续投入,与国际先进水平差距不断缩小 。华虹集团专注于特色工艺制造,如功率半导体、嵌入式非易失性存储器等,在物联网、汽车电子等应用领域发挥重要作用 。

(三)芯片封装测试领域

长电科技、通富微电、华天科技是国内三大封测巨头。长电科技通过并购星科金朋,具备了国际先进的封装技术,如Fan-Out、2.5D/3D等,能够为客户提供一站式封测解决方案;通富微电与AMD深度合作,承接其大量封测订单,在高性能计算芯片封测领域技术实力强劲;华天科技不断提升自身技术水平,在存储器、射频芯片等封测领域有一定优势 。

(四)半导体设备与材料领域

在半导体设备方面,中微公司的刻蚀机技术先进,部分产品达到国际先进水平,在7纳米及以下制程工艺中得到广泛应用;北方华创在刻蚀机、PVD、CVD等多类设备上取得突破,产品线逐渐丰富。在半导体材料方面,沪硅产业在大硅片领域打破国外垄断,实现12英寸硅片的量产供应;南大光电在光刻胶领域不断研发,ArF光刻胶取得关键进展 。

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来源:网络公开资料

三、中国芯片技术面临的挑战

(一)美国制裁的影响

1. 技术获取受限:美国通过《芯片与科学法案》等一系列政策,限制美国企业向中国出口先进芯片制造设备、技术以及高端芯片,如EUV光刻机、高性能计算芯片等,使得中国芯片企业在技术升级、新产品研发上遭遇瓶颈,难以获取关键技术与设备来提升制程工艺。

2. 供应链中断风险:美国制裁导致全球产业链重构,部分依赖美国技术和零部件的芯片制造设备供应商、材料供应商对中国企业供货受限,如日本、荷兰等企业受美国长臂管辖影响,减少对中国企业关键设备与材料供应,威胁中国芯片企业生产连续性。

3. 市场竞争压力增大:美国政府推动本土芯片产业发展,给予大量补贴,吸引全球芯片企业在美国设厂,使得全球芯片产能布局发生变化,加剧全球市场竞争,中国芯片企业在国际市场拓展上面临更大压力,海外市场份额受到挤压 。

(二)自身技术短板

1. 高端芯片制造工艺差距:与台积电、三星等国际领先企业相比,中国芯片制造企业在高端制程工艺上仍有较大差距,如3纳米、2纳米工艺量产时间预计落后3 - 5年,这限制了中国在高性能计算芯片、高端智能手机芯片等领域的竞争力 。

2. 关键设备与材料依赖进口:半导体设备方面,光刻机、刻蚀机、离子注入机等核心设备仍主要依赖进口,国产设备在精度、稳定性、生产效率上有待提升;半导体材料方面,光刻胶、大尺寸硅片、电子特气等关键材料自给率低,制约芯片产业自主可控发展 。

3. 人才短缺问题:芯片产业是知识密集型产业,对高端人才需求大。中国芯片产业人才缺口较大,人才培养体系尚不完善,高校相关专业教育与产业需求存在一定脱节,同时,行业内人才竞争激烈,人才流失现象时有发生,影响企业研发创新能力 。


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来源:厦门毅睿科技有限公司官网-反应式离子蚀刻系统
四、目前芯片制造工艺在多个方向上都有最新进展,具体如下:

传统硅基芯片先进制程

• 台积电:2025年下半年计划量产2nm制程(N2)芯片,良率已突破90%,其另一个版本N2P计划于2026年下半年量产。采用超级电轨背面供电网络的A16(1.6nm)也计划于2026年下半年量产。

• 英特尔:2025年下半年计划批量生产采用英特尔18A制程工艺(对应1.8纳米)的产品,采用RibbonFET闸极全环绕晶体管与PowerVia背面供电技术,针对AI与高性能计算场景优化。

• 三星:据消息称,旗舰平台Exynos2600将采用2nm制程,有望在2025年抢发,但暂未通过官方渠道披露其2nm制程的最新进展。


新兴芯片技术

• 碳基芯片:2025年6月,重庆首条碳基集成电路生产线正式投产。碳基芯片电子迁移速度快,功耗低,且制造绕开了对EUV光刻机的依赖。不过,目前面临材料纯度和生态链不完善等问题。

• 二维半导体芯片:复旦大学科研团队孵化的原集微科技启动了二维半导体工程化验证示范工艺线,已实现近6000个晶体管的芯片制造,技术水平与国际并驾齐驱。二维半导体材料被认为是1nm以下集成电路的理想材料,但也存在生态链不完善、量产需提高良率和降低成本等挑战。


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来源:厦门毅睿科技有限公司官网-等离子清洗机

相关工艺架构创新

• 环栅(GAA)纳米片晶体管:已成为2nm及以下节点的核心方案,通过垂直堆叠多个导电沟道,缩减了逻辑单元高度,并提升了驱动电流。

• 外壁叉片方案:通过空间重构改进,使壁厚增加,增强了对短沟道效应的控制能力,提高了驱动电流,并支持全晶圆级量产良率突破98%。


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