Verdict結論
3nm與5nm製程最大的差異在於「電晶體密度與電力效率」。3nm的電晶體密度約為170~290MTr/mm²,在相同效能下,比5nm可降低約25~35%的功耗。5nm約為100~170MTr/mm²,被Apple A14/M1與Snapdragon 888採用。3nm已在Apple A17 Pro(台積電N3)與Exynos 2400(三星3GAE)上量產,三星的3nm採用GAA,台積電N3E則採用FinFET,連結構也有所不同。
主要差異
| 比較項目 | 3nm製程 | 5nm製程 |
|---|---|---|
| 代表性電晶體密度 | 約170~290MTr/mm²(依實作而異) | 約100~170MTr/mm² |
| 相較5nm的功耗降低(參考) | 相同效能下約降低25~35%(依實作而定) | 相較7nm約降低25~30% |
| 相較前一世代的效能提升(參考) | 約提升10~15%(時脈與IPC改善) | 約提升15~20% |
| 電晶體結構 | FinFET(台積電N3E等)或GAA(三星3nm) | FinFET(台積電N5/N5P、三星5LPE等) |
| EUV曝光的使用 | 在多層、多道製程使用EUV(High-NA EUV的準備世代) | 積極導入EUV的世代(台積電自N5起全面採用) |
| 主要採用產品例 | Apple A17 Pro、M3,Snapdragon 8 Gen 3等 | Apple A14/M1、Snapdragon 888、Exynos 2100等 |
| 晶圓成本趨勢 | 高於5nm(EUV步驟增加、確保良率的難度) | 低於3nm(隨成熟度提高而下降) |
製程名稱(nm)與實際尺寸的關係
「3nm」「5nm」這類節點名稱,不一定與實際的閘極長度或最小導線間距一致。各公司的命名基於行銷與歷史沿革,台積電的N3與三星的3nm在製造方法與效能特性上都不同。一般認為實際閘極長度在5nm節點大約為10~14nm,在3nm節點約為8~12nm,但各晶圓代工廠之間仍有差異。
3nm世代製程的變化重點
在3nm,EUV曝光的步驟數進一步增加,特別是在接觸窗與部分導線層擴大採用EUV。此外,台積電N3世代採用改良FinFET的「FinFlex」技術,在提高電路設計自由度的同時提升密度。三星的SF3採用GAA(Gate-All-Around)結構,結構本身就與5nm世代不同。
常見問題
3nm與5nm的功耗相差多少?
一般認為在相同效能下,3nm的功耗比5nm降低20~35%左右,但會因電路設計、運作時脈與應用而有很大差異,數值請參考各公司的公布值。
除了智慧型手機,3nm還用在哪裡?
資料中心用AI加速器、PC用SoC(Apple M系列)、高效能網路晶片等的採用正在擴大。這是因為高電力效率可直接降低大規模運算的散熱與電力成本。
台積電與三星的3nm有何不同?
最大的差異在於電晶體結構。台積電的N3/N3E系列採用FinFET的改良版,三星的SF3則採用GAA(奈米片)。在密度、良率與電力效率的實績上,一般認為目前台積電N3E憑藉量產經驗處於領先。