蘋果豪賭3nm背後

對於蘋果來說，3nm無疑是他們的頭等大事。

據彭博社早前報道，蘋果一直在新 Mac mini 上測試其新 M3 芯片的基礎版本。現在，彭博社又帶來了有關 M3 Mac 的另一篇報道，但這一次與更強大的 M3 Max 芯片有關。據 Mark Gurman 介紹，該公司一直在爲新款高端 MacBook Pro 試驗一款具有多達 40 個 GPU 核心的芯片。

雖然關於M3芯片的細節並沒有披露，但彭博社的知情人士透露，一款代號爲 J514 的新型筆記本電腦採用 Apple Silicon 芯片，該芯片配備 16 核 CPU 和 40 核 GPU。更具體地說，這款名爲M3 Max 的芯片將擁有 12 個高性能核心，可處理高要求的任務，還有 4 個高效核心，可在用戶運行不太密集的應用程序時節省電池電量。與 M2 Max 相比，多了四個 CPU 核心和兩個 GPU 核心。

Gurman 在之前的報告中提到，新的 M3 基礎芯片將配備 8 核 CPU 和 10 核 GPU，與 M2 類似。不過，M3 Pro 預計將擁有 12 核 CPU 和 18 核 GPU，比 M2 Pro 多了兩個 CPU 和 GPU 核心。

據彭博社報道，今年晚些時候發布的頂級iPhone 15 Pro 機型還將搭載全新 A17 處理器，該處理器與 M3 芯片有很多共同點，均採用全新 3nm 工藝打造。

綜合過去的相關報道，蘋果在3nm上下了很多功夫，但爲何他們要這樣做呢？這背後又將發生怎樣的故事？

爲什么非要3nm？

對於一直以來以引進先進工藝的蘋果而言，公司上一次實現制造工藝的重大飛躍是在 2020 年，當時他們採用了台積電的 5 納米工藝，生產 A14 仿生和M1芯片。除此之外，Apple Watch 中的 S6、S7 和 S8，繼續使用 7nm 制造工藝，因爲它們基於 A13 Bionic——蘋果爲 iPhone 設計的最後一款 7nm芯片。

蘋果去年在iPhone 14 Pro和 iPhone 14 Pro Max中推出了 A16 Bionic 芯片。蘋果聲稱它是4nm芯片，因爲它使用台積電的“N4”工藝，但實際上它是用台積電5nm N5和N5P工藝的增強版制成的。之所以會困在這裏，與工藝的進一步前進更加困難有關。

使用 3nm 工藝制造芯片是一項復雜的任務，需要極高的精度，採用最先進的制造技術，結合創新的光刻、蝕刻和沉積方法，在微觀尺度上創建復雜的電路。制造過程涉及多個復雜的步驟，即使是最小的偏差也可能導致顯著的良率損失。爲此，包括台積電、三星和英特爾在內的廠商都在推進這個工藝上碰到問題。而且，該工藝價格昂貴，據semianalysis分析，台積電的3nm有約 25 個 EUV 層，幾乎是 N5 的兩倍，這超出了大多數客戶愿意支付的價格。

現在，台積電終於有了跨代的新工藝，蘋果也終於可以擁抱其來實現跨越性的增長。

從廠商分享的數據來看，3nm 應該爲蘋果芯片提供自 2020 年以來最大的性能和效率飛躍。3nm 增加的晶體管數量使芯片能夠以更快的速度同時執行更多任務，同時使用更少的功耗。

據台積電董事長 Mark Liu 介紹，3nm制程的邏輯密度將增加約70%，於相同功耗下，速度提升10-15%，或於相同速度下，功耗降低25-30%。此外，3nm 芯片還可以支持更先進的專用芯片硬件。例如，3nm 芯片可能支持更先進的人工智能和機器學習任務，以及更先進的圖形功能。這種提升在過去幾年是很少見到的，相信這也是蘋果看上3nm的原因。

台積電的全面護航

正如前面所有，蘋果將在多款芯片上使用3nm，爲此有新聞傳出，蘋果爲了確保擁有足夠的3nm 制程處理器，提供予iPhone、Mac 和iPad 使用，已經向台積電預留了今年90% 的產能，去生產A17 Bionic 和M3 系列處理器。

作爲台積電的長期合作夥伴，有指Apple 早在2020 年开始就向對方訂購3nm 芯片，並且會長期採購，預計Apple 會將3nm 芯片用於發表全新的產品類別，例如自動駕駛汽車。

而台積電爲了抱住蘋果這個大腿，也與他們在合作上付出了很多。

據EE Times在今年五月報道，Arete Research 分析師 Brett Simpson 告訴EE Times，他估計台積電 A17 和 M3 處理器的良率約爲 55%，這適合台積電所處的开發階段。他表示：“台積電預計每個季度的良率將提高約 5 個百分點以上。”

不過，台積電首席執行官 CC Wei 隨後表示，公司已實現“大批量生產，良率良好”，但客戶的需求超出了其供應能力。下半年，台積電將加大爲蘋果生產 A17 和 M3 芯片的產量，同時也爲英特爾、AMD 和 Nvidia 生產芯片。

而據 The Information報道，芯片供應商台積電採取了不同尋常的舉措，在推出iPhone 15 Pro和 A17 Bionic 芯片之前，不再向蘋果收取有缺陷的3nm芯片費用。The Information表示，台積電僅向蘋果收取“known good dies”的費用，對有缺陷的芯片不收取任何費用。這是非常不傳統的，因爲台積電客戶通常必須支付晶圓及其包含的所有芯片的費用，包括任何有缺陷的芯片。

由於蘋果從台積電獲得的訂單如此之大，它顯然有理由吸收有缺陷芯片的成本。蘋果愿意成爲供應商新制造工藝的第一個客戶，這有助於它支付新節點的研發費用以及制造它們的設施的費用。

對於新的制造工藝來說，這個決定帶來的節省成本可能相是當可觀的。The Information 稱，大約 70% 的早期 3 nm 芯片已經可用，盡管這個數字可能會根據正在制造的芯片而變化，並且隨着工藝的改進，通常會隨着時間的推移而上升。

當然，蘋果訂單的規模也使得台積電能夠更快地學會如何在量產過程中改進和擴大節點。

據財報顯示，全球最大的半導體代工廠台積電2022年服務了532家客戶。不過，其前10名客戶佔其營收的68%。其中，蘋果是最大客戶，佔台積電營收的23%。報道指出，台積電的蘋果收入在 2022 年增長了 18.2% 至 175億美元。

其他客戶面臨的挑战

對於蘋果和台積電來說，他們雙方的決定都是一個基於雙方需求做出的取舍。但是一旦台積電在蘋果的支持先，讓3nm 芯片的生產和良率問題得到改善。那么其他想要3nm的客戶，將可能不可避免地向台積電支付更高的價格，並爲有缺陷的芯片付出費用。

台積電此前曾透露，其 N3 節點已被高性能計算 (HPC) 和智能手機 SoC的設計者採用，並且在其生命周期早期，採用者數量比 N5 更高。然而台積電從未提及有多少家公司決定使用其 3 納米級制造工藝。

不過，Synopsys IP營銷和战略高級副總裁 John Koeter 早前曾表示：“用於台積電 3nm 工藝的 Synopsys IP 已被數十家領先公司採用，以加快其开發速度、快速實現芯片成功並加快上市時間。”這也從側面披露了台積電3nm的受歡迎程度。

但是，對於這些廠商而言，他們似乎沒有像蘋果那樣跟台積電討價還價的資本。

統計顯示，台積電的十大客戶包括蘋果、高通、AMD、博通、NVIDIA、聯發科、英特爾、Marvell、恩智浦和紫光展銳。受基於 N6/N5/N4 的芯片以及更廣泛的汽車和物聯網領域的影響，高通成爲台積電的第二大客戶。高通 2022 年在代工上花費了 150 億美元以上最大的份額流向了台積電和三星。這和台積電獨家生產蘋果芯片帶來的營收佔比有很大的差距。