อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้ก้าวข้ามจุดเปลี่ยนสำคัญไปแล้ว ตามแผนที่วางไว้ บริษัท Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ผู้ผลิตชิปรายใหญ่ของโลก ได้เริ่มการผลิตเชิงพาณิชย์ (volume production) ของกระบวนการผลิตรุ่นต่อไปขนาด 2 นาโนเมตร (N2) ในไตรมาสที่สี่ของปี 2025 แล้ว เหตุการณ์สำคัญนี้ถือเป็นการเปิดตัวเชิงพาณิชย์ของสถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์รูปแบบใหม่ และเป็นการเตรียมพร้อมสำหรับการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในด้านประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสำหรับอุปกรณ์ในอนาคต ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงศูนย์ข้อมูล การเคลื่อนไหวครั้งนี้ช่วยยืนยันความได้เปรียบทางเทคโนโลยีของ TSMC ในขณะเดียวกันก็ทำให้การแข่งขันระดับโลกในการผลิตชิปขั้นสูงเข้มข้นขึ้น
สถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์รูปแบบใหม่เพื่อประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
รากฐานของเทคโนโลยี N2 ของ TSMC คือการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการออกแบบทรานซิสเตอร์ โดยเป็นการเปิดตัวทรานซิสเตอร์แบบ Gate-All-Around (GAA) แผ่นนาโนรุ่นแรกของบริษัท ซึ่งเป็นการก้าวข้ามสถาปัตยกรรม FinFET ที่ครองตลาดโหนดขั้น advanced มานานกว่าทศวรรษ ในรูปแบบใหม่นี้ วัสดุเกตจะล้อมรอบช่องทาง (channel) ทั้งสี่ด้านของแผ่นนาโนที่เรียงซ้อนกันในแนวตั้ง การควบคุมที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยลดการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมากและปรับปรุงกระแสขับ (drive current) ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้นและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เหนือกว่าสำหรับชิปที่ผลิตด้วยแพลตฟอร์มนี้ TSMC ระบุว่า N2 จะนำเสนอเทคโนโลยีขั้นสูงที่สุดของอุตสาหกรรมในแง่ของทั้งความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
TSMC N2 (2nm) ข้อมูลจำเพาะหลัก เทียบกับ N3E (3nm):
- ประสิทธิภาพ: ความเร็วสูงขึ้น 10-15% ที่กำลังไฟเท่าเดิม
- ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ใช้พลังงานลดลง 25-30% ที่ความเร็วเท่าเดิม
- ความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์: สูงขึ้น 15% สำหรับการออกแบบแบบ Logic+Analog+SRAM; สูงขึ้น ~20% สำหรับแบบ Logic เท่านั้น
- เทคโนโลยีใหม่: ทรานซิสเตอร์ Gate-All-Around (GAA) แบบ Nanosheet รุ่นแรก
- สถานะ: เริ่มผลิตปริมาณมากในไตรมาสที่ 4 ปี 2025
การวัดผลการก้าวกระโดด: ความเร็วและความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น
การปรับปรุงทางเทคนิคที่ N2 สัญญาไว้นั้นมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับกระบวนการ 3nm ที่ได้รับการปรับปรุง (N3E) ของ TSMC เทคโนโลยี 2nm ใหม่นี้ให้ความเร็วเพิ่มขึ้น 10% ถึง 15% ที่ระดับการใช้พลังงานเท่าเดิม หรือในทางกลับกัน สามารถให้ประสิทธิภาพเท่าเดิมโดยใช้พลังงานน้อยลง 25% ถึง 30% ซึ่งเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ สำหรับความหนาแน่นของชิป ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของพลังการประมวลผล N2 ให้การปรับปรุง 15% สำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนซึ่งผสมผสานส่วนลอจิก แอนะล็อก และ SRAM เข้าด้วยกัน สำหรับการออกแบบที่เป็นลอจิกล้วน การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นจะสูงกว่านั้นที่ประมาณ 20% ความก้าวหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าประมวลผลสมาร์ทโฟนเรือธงของปีหน้า เช่น A20 Pro ที่คาดการณ์กันสำหรับ iPhone อาจมีความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์พุ่งสูงถึงประมาณ 310-330 ล้านทรานซิสเตอร์ต่อตารางมิลลิเมตร
ความต้องการสูงและการขยายตัวเชิงกลยุทธ์
การเปิดตัว N2 ไม่ได้เกิดขึ้นในสุญญากาศ แต่ได้รับการตอบรับด้วยความต้องการที่ล้นหลามจากลูกค้าสำคัญของ TSMC รายงานระบุว่าบริษัทเทคโนโลยีรายใหญ่ รวมถึง Apple, NVIDIA และ Qualcomm ได้จองกำลังการผลิตเริ่มต้นของ N2 ไปเป็นส่วนใหญ่แล้ว โดยมีรายงานว่ามีคำสั่งซื้อจองล่วงหน้าถึงปี 2026 เพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มขึ้นนี้ TSMC ได้เริ่มต้นการขยายกำลังการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ บริษัทกำลังสร้างโรงงานผลิต (fab) ใหม่สามแห่งที่เน้นการผลิต 2nm ใน Hsinchu, Taichung และ Kaohsiung โดยคาดว่าจะเริ่มการผลิตนำร่อง (pilot production) ในปี 2025 และการผลิตเชิงพาณิชย์จะเพิ่มขึ้นในปี 2026 นอกจากนี้ โรงงานผลิตที่มีอยู่ใน Southern Taiwan Science Park ก็กำลังถูกขยายเพื่อรองรับการผลิต N2 ด้วย
ภูมิทัศน์การแข่งขันและพลวัตด้านราคา
ความก้าวหน้าของ TSMC สร้างแรงกดดันอย่างมากให้กับคู่แข่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Samsung Foundry แม้ว่า Samsung จะประกาศกระบวนการ 2nm ของตัวเองและเปิดตัวชิปเซ็ต Exynos 2600 สำหรับ Galaxy S26 series ที่จะมาถึง แต่บริษัทยังคงเผชิญกับความท้าทายด้านส่วนแบ่งการตลาดและความสามารถในการทำกำไร ข้อมูลจาก Counterpoint Research สำหรับไตรมาสที่สามของปี 2025 แสดงให้เห็นว่า TSMC มีส่วนแบ่งตลาดฟาวน์ดรีทั่วโลก 72% เมื่อเทียบกับ Samsung ที่ 7% ในท่าที่สะท้อนถึงตำแหน่งทางการตลาดที่แข็งแกร่ง TSMC ได้แจ้งลูกค้าบางรายเกี่ยวกับแผนการปรับราคาสำหรับกระบวนการ 3nm ขั้นสูงและ 2nm ใหม่ โดยจะมีผลตั้งแต่ต้นปี 2026 นักวิเคราะห์ตลาดคาดการณ์ว่าการเพิ่มขึ้นนี้อาจอยู่ในช่วง 3% ถึง 10% โดยอัตราสุดท้ายจะขึ้นอยู่กับสัญญาของลูกค้าแต่ละรายและปริมาณการสั่งซื้อ
แผนการผลิตเทคโนโลยีขั้นสูงของ TSMC (ตามแผน):
- N2P (2nm ประสิทธิภาพสูง): กำหนดเป้าหมายเริ่มผลิตจำนวนมากในครึ่งหลังของปี 2026 คาดว่าจะได้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 5-10% เมื่อเทียบกับ N2 มาตรฐาน
- A16 (16 อังสตรอม): กำหนดเป้าหมายเริ่มผลิตจำนวนมากในครึ่งหลังของปี 2026 จะมีคุณสมบัติการจ่ายไฟจากด้านหลัง (Super Power Rail)
มองไปไกลกว่า 2nm: เส้นทางสู่ A16
แผนงานนวัตกรรมของ TSMC ขยายออกไปไกลกว่าโหนด N2 ในปัจจุบัน บริษัทได้วางแผนขั้นตอนต่อไปแล้ว โดยมีแผนที่จะเปิดตัวเวอร์ชันปรับปรุงของกระบวนการ 2nm ที่เรียกว่า N2P ในครึ่งหลังของปี 2026 คาดว่า N2P จะให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอีก 5% ถึง 10% ที่ระดับพลังงานเท่ากับ N2 ฐาน นอกจากนี้ TSMC ตั้งเป้าหมายในช่วงเวลาเดียวกันสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ของเทคโนโลยี A16 (16 อังสตรอม) โหนดในอนาคตนี้จะแนะนำเครือข่ายจ่ายไฟด้านหลัง (backside power delivery network) ที่เรียกว่า Super Power Rail (SPR) ซึ่งจะย้ายการเชื่อมต่อพลังงานไปที่ด้านหลังของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน การเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้สามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ได้หนาแน่นยิ่งขึ้นและกระจายพลังงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจะปูทางไปสู่การก้าวกระโดดด้านประสิทธิภาพครั้งต่อไป
การเริ่มต้นการผลิตเชิงพาณิชย์ของ 2nm ไม่ใช่แค่การติ๊กถูกในรายการตรวจสอบทางเทคนิคสำหรับ TSMC แต่เป็นเหตุการณ์เชิงกลยุทธ์ที่เสริมความแข็งแกร่งให้กับความโดดเด่นของบริษัทในอุตสาหกรรมที่เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ด้วยความได้เปรียบทางเทคโนโลยี ฐานลูกค้าที่เหนียวแน่น และแผนการขยายตัวที่ก้าวร้าว TSMC มีความพร้อมที่จะกำหนดมาตรฐานประสิทธิภาพสำหรับยุคต่อไปของการประมวลผล อย่างไรก็ตาม ด้วยคู่แข่งอย่าง Samsung ที่พยายามลดช่องว่าง และอุตสาหกรรมทั้งหมดที่เผชิญกับความท้าทายทางกายภาพและเศรษฐกิจของการย่อขนาดให้เล็กลงต่อไป การแข่งขันเพื่อความเป็นเจ้าในโลกเซมิคอนดักเตอร์ยังไม่จบลงง่ายๆ