近日，三星电子表示，将于2027年开始生产1.4nm工艺芯片。同时也有台积电启动1.4nm芯片制程工艺开发的消息，台积电已将其3nm工艺研发团队转为1.4nm工艺研发团队。事实上，这已经不是三星和台积电第一次在先进制程的进度上“撞车”。

今年，三星和台积电均宣布将在2025年量产2nm芯片。在3nm方面，三星和台积电均宣布今年量产。目前，三星已经抢先一步量产3nm芯片，台积电也蓄势待发，准备在年底前量产3nm芯片，并且苹果M3芯片已经提前预订台积电3nm芯片制程。

在5nm以下制程领域中，如今仅剩下三星和台积电最后两家企业，但这两家企业的竞争却十分激烈，你来我往，形成了拉锯战。然而，正是这样的拉锯战，促使摩尔定律在重重困难之下仍不断向前延伸。

资本支出是厂商拉锯战的底气

在5nm以下先进制程领域，为何台积电、三星这两家企业能“笑”到最后?甚至还能在处境如此艰难的先进制程领域打起拉锯战?

根据DIGITIMES数据评估，28nm工艺建厂成本为60亿美元(约合382亿元)。然而到7nm工艺时，建厂成本却增长至120多亿美元(约合765亿元)。到5nm时，这一数字更是增长至160亿美元(约合1019亿元)。可见，晶圆厂的建设成本十分高昂，且随着芯片制程逐渐缩小。对于5nm以下的先进制程芯片而言，成本将更加高昂。

面对如此“砸钱”的买卖，三星、台积电也展示出了强大的资金实力。ICinsights的数据显示，2021年半导体行业资本支出合计为1520亿美元，其中三星电子和台积电的资本支出合计超过了600亿美元，占总资本支出近40%。

在今年6月8日举办的股东大会上，台积电董事长刘德音预计，明年台积电资本支出会达到400亿美元。如果按此速度继续增长，将意味着台积电从2021年到2023年，这三年的资本支出极有可能超过此前宣布的千亿美元，达到1100亿～1140亿美元之间(约合7391亿～7660亿元)。

此外，Counterpoint称，台积电高昂的资本支出将有很大一部分是对3nm和2nm节点产能的扩建，因为英特尔和苹果等大客户对先进制程的需求将在2023年后扩大。

在代工方面的资本支出三星也毫不逊色。2021年，三星电子半导体与显示总资本支出达48.22万亿韩元(约合2500亿元)，其中用于半导体的支出有43.57万亿韩元(约合2300亿元)，主要集中用于产能扩张和先进节点的迁移。今年5月，三星电子宣布未来五年重大投资计划时表示，到2026年之前，将资本支出增加30%以上，达450万亿韩元(约合2.4万亿元)。虽然三星电子没有透露各业务的支持占比，但有分析师初步预测，其在半导体领域将支出超千亿美元。

业内专家莫大康向《中国电子报》记者表示，三星多年来在存储器领域独占鳌头，有足够的资本投入在先进制程的研发中。“虽然对于三星而言，代工行业并不是营收的‘主力军’，与台积电相比，其代工领域一年的营收只有台积电的三分之一，但三星作为全球龙头IDM厂商，拥有雄厚的资金支持，追求先进制程也意味着追求市场的话语权，这也是三星能不断在先进制程领域‘砸钱’，并与台积电不断抗衡的主要原因之一。”莫大康说。

强大的资本支出能力，也给了三星、台积电足够的底气，使其能够在先进制程领域你来我往。

四大核心技术成竞争焦点

台积电、三星的先进制程拉锯战主要围绕四大核心技术展开。

其一，晶体管结构。据了解，随着芯片制程延伸到5nm以下，原本采用的三面围栅的FinFET晶体管结构开始出现由漏电流导致的功耗与发热问题，这也使得采用四面环栅结构的GAA技术逐渐受到更多关注。复旦大学微电子学院副院长周鹏表示，相较于三面围栅的FinFET结构，GAA技术的四面环栅结构可以更好地抑制漏电流的形成，增大驱动电流，进而更有利于实现性能和功耗之间的平衡。因此，GAA技术在5nm之后更小的制程中，更受到业界的认可和青睐。

在晶体管结构方面，三星先台积电一步，在其3nm芯片中便开始采用GAA架构，还与IBM联合推出了一种新的垂直晶体管架构VTFET。据了解，在同等功率下，VTFET晶体管提供了FinFET晶体管2倍的性能。而在等效频率下，VTFET可以节省85%的功率。此外，台积电也在GAA架构中不断有所建树。在去年12月的中国集成电路设计业2021年年会上，台积电(中国)总经理罗振球称，台积电将在2nm节点中采用基于GAA架构的MBCFET晶体管架构。

其二，新材料。为了解决晶体管微缩后带来的量子效应、漏电发热等问题，并有效提升芯片能耗、减小芯片面积，台积电、三星等厂商开始不断寻找能够在先进制程芯片中替代，或者补充硅材料不足的新材料。据了解，台积电正在研究二硫化钨和碳纳米管等新材料，这些材料能够更有效移动电子，并让芯片在计算过程中更加节能，降低功耗。此外，三星电子也与蔚山科技学院合作开发出新材料“非晶氮化硼”。据悉，该材料能够起到阻止电干扰的作用，三星将其视为半导体小型化的关键元素之一。

其三，新的光刻设备。下一代EUV光刻机可谓是攻破2nm以下先进制程的命脉。因此，三星、台积电均开始奋力寻求ASML高数值孔径极紫外光刻机。今年6月17日，台积电首次披露，到2024年台积电将拥有ASML最先进的高