by Google Gemini
文 / 宋皇志
進入2026年，隨著人工智慧與行動通訊對高效能與低功耗晶片需求快速成長，全球半導體先進製程的戰火已全面延燒至2奈米世代，並確立了台積電（TSMC）、Intel 與三星電子（Samsung Electronics）三強鼎立的競爭局面。其中台積電採取積極且穩健之策略，依既定路徑於2025年第四季正式啟動2奈米量產，強調良率與效能的穩定性，於產業競爭上持續保持領先[1]。Intel 則試圖透過技術躍進，其對標2奈米級距的18A節點已於2026年初用以生產自家最新的系列3處理器，力求重返榮耀[2]。三星電子亦持續優化其早在3奈米節點即已率先採用的GAA架構，已於2025前底將2奈米製程用於產製自家的Exynos 2600旗艦處理器[3]。
在2奈米半導體製程中，「環繞式閘極（Gate-All-Around, GAA）」無疑是最關鍵的核心技術，對各家所生產晶片的效能與良率表現具有決定性影響。三星電子早在2022年推出3奈米製程時即率先導入GAA架構[4]，在三家領導廠商之中似乎累積了較為豐富的量產實作經驗。然而，依據媒體報導，台積電目前的良率仍持續領先競爭對手[5]。相較於良率與量產時程的討論，媒體較少關注的是：三大晶圓製造廠在GAA技術領域的專利布局究竟如何？各家不同的專利申請時程、布局方式與權利範圍，是否可能進一步影響其競爭態勢與市場策略？本文將針對GAA技術進行系統性的專利檢索與分析，透過客觀數據回應上述問題。
專利檢索
本文之專利檢索係透過智慧財產局官網所提供之「全球專利檢索系統（Global Patent Search System, GPSS）」[6]進行。鑒於美國為全球最大市場，亦為主要半導體企業進行專利布局的核心戰場，本文之分析首先聚焦於美國專利資料。檢索策略方面，於「發明說明」欄位設定關鍵字組合：「(“gate all around” OR “surround gate”) AND (nanosheet OR nanowire) NOT FinFET」，並搭配國際專利分類（IPC）「H01L-029/* OR H01L-021/*」，年份不設限，僅限定於專利公告資料庫進行檢索，檢索日期為2026年2月14日。初步結果取得後，再以人工方式剔除與研究主題無關之專利文件。最終篩選結果共計784件美國專利，申請年度介於2009年至2024年間。
本文之所有結論均以本研究所蒐集與篩選之資料範圍為限，並不當然代表整體產業之完整樣貌或全部情況。本文之研究目的，在於探討技術演進脈絡與創新策略之可能意涵，並非對任何個別企業之技術能力、經營表現或市場價值進行評斷。
基礎專利分析：從研發到創新的軌跡
依據專利申請年度之統計結果，GAA技術的發展歷程可區分為三個階段。第一階段為2009至2013年的「萌芽期」，共計核准公告37件專利，顯示技術仍處於早期探索與可行性驗證階段。第二階段為2014至2018年的「技術成形與競逐期」，專利數量快速增至330件，反映技術架構逐步成熟，並吸引主要廠商積極投入與競逐。第三階段則為2019至2024年的「量產導向擴張期」，專利件數進一步攀升至417件，申請專利範圍之分析顯示技術已朝向製程優化與量產應用發展，並進入策略競爭的階段。以下將分別說明各階段之發展脈絡與特徵。
萌芽期（專利申請日：2009年至2013年）：奈米級物理結構的基礎研究
「萌芽期」（專利申請日介於2009至2013年間）之專利總數僅37件，規模相對有限，反映GAA技術尚處於早期探索與結構驗證階段。申請專利範圍之分析顯示此時產業界仍在比較不同物理架構之可行性，特別是奈米線（Nanowire）與奈米片（Nanosheet）兩種設計在製程控制、電性表現與量產潛力上的差異。專利布局呈現分散狀態，IBM、Intel、Samsung 及部分技術型公司皆有投入，但尚未形成明顯高度集中現象，也還未出現專利主導者。從科技發展脈絡觀察，此一階段更接近「技術路線試探期」，重點在於GAA結構概念的提出與可製造性之初步驗證。
從國際專利分類觀之，此階段之技術分類呈現鮮明的科學探索面向。除半導體核心分類 H01L 29/78（絕緣柵場效電晶體）與 H01L 29/06（半導體本體結構細節）外，與奈米科技相關的B82Y 10/00（奈米科技於資訊處理之應用）及B82Y 40/00（奈米結構之製造）亦出現於約三成專利的國際分類中，顯示GAA 架構在此階段明顯帶有奈米物理與材料的科學研究色彩。IBM等先進產業與研究機構開始積極探索奈米線與奈米片等微觀尺度之物理極限，研發重心集中於「如何製作出可控的奈米結構」，而非如何將其大規模整合進既有之製程架構中。
技術成形與競逐期（專利申請日：2014年至2018年）：結構優化與閘極工程的開發
相較於萌芽期的零星探索，2014–2018年可稱為GAA技術的「技術成形與競逐期」，專利申請（且嗣後獲准公告）的數量明顯攀升至330件，呈現爆發式成長。這一階段顯示，GAA不再只是實驗室中的替代構想，而開始成為主流製程路線的潛在候選。各家廠商從早期結構驗證，進一步轉向架構優化、材料調整與製程整合等層面，技術發展的重心逐漸從「是否可行」轉變為「如何最佳化」。從專利布局觀察，競爭態勢亦在此時明顯升溫。TSMC與IBM在專利數量上並駕齊驅，Intel及Samsung亦積極跟進，整體結構呈現多方競逐的格局。特別是IBM從「萌芽期」便出現在專利地圖上，在此階段的專利申請數量大幅增加，使其成為技術深化與路線推進的重要參與者之一，著實在意料之外。此時專利數量仍未高度集中，產業尚處於技術優勢尚未完全定錨的動態競爭階段，顯示「技術成形與競逐期」是GAA從概念探索走向產業戰場的關鍵轉折期。
從國際專利分類觀之，此階段由奈米科學之基礎研究進到結構優化與閘極工程之開發。雖然奈米科技分類（B82Y）仍有一定比例，但其比重相較於第一階段已明顯下降；取而代之的是 H01L（半導體裝置）分類的全面主導。特別值得注意的是，H01L 29/423（電極結構）與 H01L 21/02（半導體裝置製造或處理方法）之申請數量顯著增加。這一變化反映出產業競逐焦點已由「奈米結構能否被實現」，轉向「如何優化閘極結構與製程穩定性」。這顯示技術已由奈米物理實驗階段，過渡至晶圓製程整合開發階段。廠商開始著力於透過磊晶、選擇性蝕刻與多層堆疊等製程技術，提升奈米片結構的可量產性與電性穩定度。
量產導向擴張期（專利申請日：2019年至2024年）：製程整合與系統量產
進入 2019 至 2024 年，GAA 技術正式邁入「量產導向擴張期」，專利總數進一步攀升至 417 件（且預判尚有諸多申請案還在審查中，未來可能陸續獲准公告）。此時期的發展重心出現結構性轉變：奈米片已逐步成為業界主流設計。技術研發焦點不再停留於架構可行性的驗證，而是轉向製程整合、良率提升、寄生電容控制，以及面向大規模商業量產的實務挑戰。從專利競爭態勢觀察，此階段出現明顯的「專利集中化」現象。台積電在此期間共申請且獲准195件，占整體約 47%，數量遠高於其他競爭者。同時，IBM 仍維持一定程度的專利產出（29件），顯示其持續參與先進架構的底層研究；而Samsung（23件）與 Intel（10件）雖分別推動其MBCFET與RibbonFET設計，但在專利數量擴張的速度上已與主導廠商拉開明顯差距。整體而言，「量產導向擴張期」標誌著GAA技術從技術路線競逐階段，正式進入晶圓製造的實戰部署期。專利布局的意義亦由技術話語權的競逐，轉為量產與商業競爭的制度性工具。
從國際專利分類結構觀察，2019–2024年間H01L 29/66（半導體本體之製造方法）躍升為數量最高的 IPC（320 次），顯示技術競逐重心已明顯轉向製造流程與結構實現方法。與此同時，代表積體電路層級整合的分類亦出現顯著增加。例如 H01L 21/8234（MIS積體電路之製造）達192次，H01L 27/088（包含 MIS裝置之積體電路）達116 次，均較前一階段明顯成長。這一分類結構變化顯示，GAA 技術已從單一電晶體結構優化，逐步推進至高密度 CMOS 邏輯晶片的整體製造與整合部署階段。研發焦點不再僅限於閘極包覆結構本身的物理改良，而是轉向如何在極高電晶體密度下，透過製程控制與電路級整合，實現穩定且具經濟效益的量產。
各期專利集中度
若以 Herfindahl–Hirschman Index（HHI）衡量專利集中度，可發現 GAA 專利結構已出現顯著轉變：2009–2013 年該指數僅 460（高度分散），2014–2018 年上升至 1,649（中度集中），而 2019–2024 年則大幅攀升至3,345，正式跨入高度集中區間。此數據顯示，GAA 技術已由群雄競逐階段，轉變為明顯主導者型市場結構。若逐年計算專利HHI，可發現GAA技術的競爭結構出現明顯階段性轉折（下圖）。早期為低度集中市場（2009年專利數極少，單一申請人占比高，屬小樣本效應，應避免過度解讀），中期為群雄競逐的中度集中結構，而自 2019 年起，專利市場已穩定進入高度集中區間，顯示技術主導權逐漸明朗化。
結論
綜合 2009 至 2024 年共784件美國GAA相關專利之實證分析，研究結果顯示，GAA 技術的演進並非單純的線性增長，而是伴隨著顯著的競爭結構轉型。透過HHI專利集中度分析，可將此一技術生命週期劃分為三大階段： 在 2009–2013 年的「萌芽期」，市場呈現高度分散（HHI ≈ 460），顯示產業處於多路線並行的試探階段，尚未形成明確的主導者；進入 2014–2018 年的「技術成形與競逐期」，HHI 升至1,649 的中度集中區間，技術焦點由可行性驗證轉向架構最佳化，TSMC、IBM 等主要大廠展開密集競逐，形成多強並立的動態競爭。在2019–2024年的「量產導向擴張期」，HHI則巨幅攀升至 3,345，正式跨入高度集中市場。此階段TSMC專利占比達55.2%（417 件專利中占了 230 件），競爭格局由多方競逐徹底轉為單一主導者結構。
總結而言，GAA專利布局的演進，完美映射了半導體製程世代交替中「主導設計」形成的典型制度軌跡：從早期的奈米科學研究與路線探索的百家爭鳴，過渡至中期的路徑選擇與技術開發之列強競逐，最終演變為晚期朝向製程優化與量產應用發展，競爭格局由多方競逐徹底轉為單一主導者結構。
後記：在專利布局占有優勢的廠商，一定能在市場上勝出嗎？或者容我問一個更根本的問題，擁有最多專利的廠商，一定代表在專利布局上占有優勢？本文的下集將指出，真正決定2奈米世代勝負的，可能不是誰先做出GAA，或許也不是專利多寡或製程良率高低。那決定勝負的關鍵是什麼呢？請容我賣個關子，下回分曉。
參考文獻（References）
[1] 台灣積體電路製造股份有限公司（無日期）。2 奈米技術。台積電官方網站。資料來源： https://www.tsmc.com/chinese/dedicatedFoundry/technology/logic/l_2nm。
[2] 英特爾（2026年1月6日）。CES 2026：首款採用18A製程的處理器Intel Core Ultra系列3亮相。Intel Newsroom。資料來源： https://newsroom.intel.com/zh-tw/用戶端運算/ces-2026首款採用18a製程的處理器intel-core-ultra系列3亮相。
[3] 楊又肇（2025年12月19日）。三星 2nm GAA 製程首秀！Exynos 2600 旗艦處理器發表，跟進「全大核」設計、導入 HPB 散熱黑科技。Mashdigi。資料來源：https://mashdigi.com/samsung-unveils-its-2nm-gaa-process-the-exynos-2600-flagship-processor-is-launched-featuring-an-all-large-core-design-and-incorporating-hpb-thermal-technology/。
[4] 三星電子（2022年7月14日）。三星投產 GAA 架構 3 奈米製程晶片。Samsung Newsroom 台灣。資料來源：https://news.samsung.com/tw/三星投產gaa架構3奈米製程晶片。
[5] 經濟日報（2025年6月16日）。台積電、三星下半年搶單2奈米 晶圓一哥製程良率突破60%。聯合新聞網。資料來源： https://money.udn.com/money/story/5612/8809031。
[6] 經濟部智慧財產局（無日期）。全球專利檢索系統（GPSS）。資料來源：https://tiponet.tipo.gov.tw/gpss2/gpsskmc/gpssbkm?@@0.9924809843119576。
