宣言要在去年下半年啟動3nm節點的臺積電，罕見于去年12月29日舉行臺南科學園區3nm量產暨擴廠典禮。在三星基于Gate-All-Around(GAA)架構啟動3nm芯片制造的六個月后，臺積電已成功運用相對成熟的FinFET晶體管架構，成功將工藝節點從5nm推進到3nm。據多間媒體報導，蘋果已經包下臺積電第一代3nm N3工藝的首批量產芯片。報導指出N3工藝的良率預期將在2023年下半年推升到80%。屆時如AMD、英特爾(Intel)及高通等臺積電其他客戶，也計劃采用其3nm工藝生產芯片。N3使用非常復雜24層、多重圖案(multi-pattern)的極紫外光(EUV)顯影工藝，密度更高而可提供更高的邏輯電路密度。另一方面，升級版的N3E則使用相對簡單、19層單一圖案(Single-pattern)的顯影工藝，更容易投入生產，成本也更低;與N3相比，其功率消耗更少，頻率也更快。臺積電總裁魏哲家預期3nm在量產的五年后，將有機會創造超過1.5兆美元的生意。不過就現在來說，相較臺積電N5、也就是其5nm晶圓代工價格16,000美元，N3得付出的成本為20,000美元。這也是為何除了蘋果之外，其他芯片開發商仍在等待更具成本效益的N3E的部分原因。相較在2020年推出的5nm節點工藝，臺積電表示其N3工藝的邏輯電路密度將提升60~70%，在節省30~35%功率消耗的同時還能提升15%的效能。這邊需要注意的是，臺積電升級版的N5，蘋果稱之為4nm，本質上生產的仍為5nm的芯片。從增強的5nm前進到3nm，將帶來顯著的益處，包括更低的功耗極更高的電路密度，并能在相同面積下，增加60%甚至更多的芯片邏輯和快取。蘋果用于預期在今年下半年發表的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max手機的系統單芯片(SoC)A17，將使用臺積電的3nm技術。蘋果前一代iPhone 14 Pro及Pro Max的A16芯片，是使用臺積電的4nm工藝，而這個3nm技術相較于4nm，預期帶來35%的功耗改善。據多間媒體的報導，蘋果也預計今年上市的MacBook Air，內部使用的M3芯片也會采用臺積電的3nm工藝制造。同樣的，預計2024年上市的MacBook Pros內部M3 Pro及M3 Max芯片，也預計會使用臺積電的3nm工藝。蘋果是臺積電最大客戶，其占臺積電整體營收25%，傳出有意包下臺積電所有N3產能。另一方面，蘋果在先進智能手機芯片的主要競爭者，包括高通及聯發科技，選擇要等待臺積電預計于今年下半年發表的N3E工藝。值得一提的是，蘋果投入自制SoC是被整合到自己的終端產品，高通跟聯發科技則只能靠芯片獲利，這也可能是為何像這類智能手機處理器的供應商，會希望等待更具經濟效益的N3E推出。圖1：臺積電第一個3nm N3工藝相較5nm工藝，同樣的功率消耗下可提升15%的效能，相同速度下亦可提升30%的效率。(來源：臺積電)這樣的趨勢下，無疑會將安卓(Android)手機在2024年及之后，同樣采用3nm的芯片，并更進一步擴大蘋果在智能手機市場的領先地位。與此趨勢不同，傳出采用三星3nm工藝的三星Exynos 2300芯片，很可能尚未用于其最新上市的Galaxy S23或其他Galaxy系列的高階手機。圖2：N3E工藝節點被預期將在2023年下半年投入商用。(來源：臺積電)在智能手機之外，像是AMD、NVIDIA等為電競等應用提供圖像處理器(GPU)的供應商，也在關注臺積電的N3E工藝。從技術的角度，臺積電在迅速發展的3nm工藝工藝上進展順利，目前為止在N3工藝的升級上也穩健前行。一名臺積電高層稱N3將是一個非常重要的節點，魏哲家也說，3nm工藝將比5nm工藝帶來更高的獲利。然而，3nm的問世卻剛好同時遭遇臺積電在新地區的擴產，以及其供應鏈在國際貿易限制及制裁下的困境。臺積電創辦人張忠謀宣布“全球化已死”的言論時，道盡臺積電新晶圓廠訂單背后緊張的局勢。魏哲家更是對地緣政治沖突吐露不滿，據他的說法，這導致臺積電無法在全球銷售晶圓。臺積電亞利桑那州新廠在2020年宣布將于2024年開始生產4nm芯片，隨后將建立第二座晶圓廠預計2026年投入3nm芯片生產。這意味著美國將緊跟中國臺灣，在三年多后擁有3nm的制造工藝，兩年多后擁有臺積電4nm工藝技術。值得一提的是，臺積電正在美國及其他地區擴大其制造廠區時，仍承諾將最好的芯片制造技術留在中國臺灣。臺積電計劃今年投入320~360億美元的資本支出，滿足日益增長的晶圓代工需求，其中七成預算用于7nm以下的先進工藝。雖然臺積電的2nm技術將以GAA架構為基礎，并將在2025年左右推出，不過在可預見的未來，3nm工藝看起來更像是其主要的先進工藝節點。媒體報告稱，臺積電已逐步擴大3nm工藝的月產能，預計今年3月將可望達45,000片。根據臺積電董事長劉德音的說法，3nm工藝的良率與前幾世代相同的制造周期相比，已可相提并論。由此來看，加上蘋果成為第一間采用此先進工藝的芯片開發商，意味臺積電3nm的工藝技術正走在對的路徑上。盡管只有蘋果作為唯一的消費者，使這間半導體巨頭來自N3節點的營收僅占整體的個位數，不過仍達數十億美元。一旦升級版的N3E于今年下半年問世，其他瞄準高效能運算(HPC)及智能手機應用的大型芯片開發商加入3nm競爭行列，當所有資金到位，它很可能在幾年內搖身為價值上兆美元的生意。
