打开全球各大晶圆代工厂2025Q2的财报 股票配资实盘平台，TSMC一枝独秀：营收同比增长大于40%，遥遥领先行业平均，市场份额进一步扩大到70%。
回顾历史，近期先进逻辑工艺的几个重大技术分岔点，台积电全部做出了正确的选择，没有明显的错误。
2018前后开始风险生产的7nm节点。Intel选择了DUV光刻机，因良率问题量产困难。TSMC选择了切换到EUV光刻机，成本更低，良率更高。Intel花了3年时间，才解决了良率问题，但错过了市场窗口。台积电一举超越Intel，取得了先进工艺的领先地位。
2022前后开始风险生产的3nm节点，三星选择切换到更先进的GAA晶体管，性能不及预期，又因良率问题量产困难。TSMC选择了沿用FinFET架构，并借助材料和工艺创新来提高性能和密度，率先进入量产。而三星的GAA工艺虽然在2022Q2年就宣布开始量产，但2024Q1年被曝光良率<20%，至今仍在良率爬坡阶段苦苦挣扎。
凭借3nm工艺，台积电在2024年狂揽162亿美元（其3nm工艺占全年总营收的18%），到2025年第一季度这一比例更是攀升到22%。而三星，至今仍未赢得任何一家大客户青睐，市占率近乎为零。这一战，台积电的FinFET架构大获全胜，三星的GAA架构举步维艰。另据估算，台积电和三星各自在3nm工艺节点的研发投入了超过100亿美元。
这场百亿级商业机会的角逐，胜负的天平早在2018年就已经向台积电倾斜。2018年5月，三星宣布将在3nm节点开始采用GAA晶体管。彼时，7nm工艺尚未量产，用于3nm的技术还处于早期预研阶段。IBM等晶圆厂对GAA晶体管的研发在2017年刚刚取得重大突破，展现出非常显著的性能提升潜力。而进一步提升FinFET性能的关键技术也处于学术探讨阶段。台积电、三星和Intel对3nm工艺的技术选型，都是在缺乏数据支撑的情况下，提前5年做了价值数百亿美元的抉择。
台积电的工艺研发部门搭建了一套数字孪生系统，在仿真环境中探索了海量的材料和工艺组合，逐一评估性能收益和良率风险。在这套量化评估系统的支撑下，台积电得以“未战而妙算”，避免了孤注一掷的豪赌，在科技和商业竞争中接连获胜。
这套数字孪生的核心便是EDA软件一个独特的分支——TCAD仿真软件。TCAD（Technology Computer Aided Design）全称是半导体工艺和器件仿真软件，是全面地描述工艺和器件物理的研发工具软件。它将半导体制造工艺中的薄膜、刻蚀、光刻、离子注入、扩散、氧化、化学平坦化等步骤，以及晶体管物理特性背后需要考虑的量子约束、弹道输运等高阶物理效应，总结成偏微分方程组，用数值方法求解。借助TCAD产品，晶圆厂可以通过数值仿真，取代昂贵、费时的实验，缩短工艺研发周期30%以上，降低流片成本超50%（据国际半导体技术路线图ITRS数据）。晶圆厂也会利用TCAD对不同器件结构进行仿真优化，对电路性能及电缺陷等进行模拟，以此提高器件和电路的性能，在FinFET、GAA等先进工艺节点的研发中，TCAD对器件结构优化的贡献率超70%。
可以说，TCAD的应用水平，决定了晶圆厂的工艺先进性和良率，它是晶圆厂器件和工艺研发的核心软件，也是晶圆厂制定芯片工艺规格书的必备工具。多年来，全球 TCAD 仿真工具主要被两家美国公司新思科技和芯师电子（Silvaco）垄断。新思科技作为TCAD软件的全球龙头，专注于最先进的工艺节点（如5nm, 3nm, 2nm）、FinFET、GAA等复杂三维器件的模拟，是业界公认的黄金标准；芯师电子的TCAD在功率器件（Power Devices）、化合物半导体（GaN, SiC）有比较明显的优势。2011年之后，两家后起新秀加入了这一领域的角逐，它们分别是奥地利公司Global TCAD Solutions和中国公司苏州培风图南半导体有限公司，前者以商业化维也纳工业大学（TU Wein）的前沿器件仿真学术成果著称，后者以能全面对标新思科技及拥有出色的虚拟晶圆厂工具Emulator而闻名。
本文来源：半导体产业纵横，原文标题：《台积电、三星3nm之争，再现工艺突破的制胜法宝》文章有删减
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