決戰(zhàn)3nm —— 三星和臺(tái)積電誰會(huì)最先沖過終點(diǎn)線？

隨著近年來芯片制造巨頭在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的地位日益凸顯 ，先進(jìn)制程正成為全球各國(guó)科技角力場(chǎng)的最前線。而最新的戰(zhàn)火，已經(jīng)燒到3nm制程。

TrendForce數(shù)據(jù)最新顯示，目前臺(tái)積電的市場(chǎng)份額接近52.9%，是全球最大的芯片代工企業(yè)，而三星位居第二，市場(chǎng)份額為17.3%。

在近幾個(gè)季度的財(cái)報(bào)會(huì)議上，臺(tái)積電總裁魏哲家就透露，3nm晶圓片計(jì)劃今年下半年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，明年可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。而三星也一直對(duì)3nm工藝寄予厚望，不僅在多年前就已開始投入研發(fā)事宜，更在今年上半年宣布預(yù)備投入1160億美元研發(fā)和生產(chǎn)3nm制程，以期趕超臺(tái)積電。隨著3nm制程工藝的競(jìng)爭(zhēng)大幕拉開，兩大巨頭的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)再度引發(fā)關(guān)注。

三星3nm殺到

在10月7日舉行的全球年度晶圓代工論壇上，三星公布了其最新的工藝進(jìn)展和路線圖。三星代工業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人在本次論壇上透露，公司首批3nm芯片將于2022年上半年開始生產(chǎn)。3nm工藝上分為兩個(gè)版本，其中3GAE(低功耗版)將在2022年年初投入量產(chǎn)，3GAP(高性能版)則會(huì)在2023年年初批量生產(chǎn)。

三星方面表示已確保3nm制程工藝有穩(wěn)定良率，計(jì)劃在明年6月份開始量產(chǎn)及代工相關(guān)產(chǎn)品，并采用新工藝：為了在半導(dǎo)體制程工藝上追趕上臺(tái)積電，三星在3nm工藝的研發(fā)當(dāng)中率先引入了全新的GAA(Gate-all-around，環(huán)繞柵極)技術(shù)。

相比于FinFET晶體管技術(shù)，GAAFET架構(gòu)的晶體管提供更好的靜電特性，這樣漏電功率會(huì)降低，從而功耗降低。三星還表示，與5nm制程相較，GAA制程技術(shù)將使得芯片面積可再減少35%，性能可提高30%或功耗降低50%。

2nm工藝沒有出現(xiàn)在公開路線圖上，但是三星代工市場(chǎng)策略高級(jí)副總裁MoonSoo Kang透露，2GAP工藝會(huì)在2025年量產(chǎn)。這是三星第一次透露2nm工藝的規(guī)劃，但三星也警告說，新工藝進(jìn)度還要看客戶的規(guī)劃和部署。

如此雄圖，無疑也將競(jìng)爭(zhēng)的矛頭直接指向了目前芯片制造領(lǐng)域的霸主——臺(tái)積電。

臺(tái)積電的強(qiáng)勢(shì)回應(yīng)

而在三星的步步緊逼之下，臺(tái)積電自然不甘示弱。臺(tái)積電CEO魏哲家最新公開表示，臺(tái)積電3nm N3將在今年內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，2022年下半年大規(guī)模量產(chǎn)，2023年第一季度獲得實(shí)際收入。

臺(tái)積電N3 3nm工藝將是N5 5nm之后的全新節(jié)點(diǎn)，號(hào)稱經(jīng)過密度可增加70％，同等功耗下性能可提升10-15％，同等性能下功耗可降低25-30％，并且使用更多層的EUV光刻(不低于N5 14層)，因此更加復(fù)雜化，整個(gè)工藝流程的工序超過1000道。

N3還會(huì)衍生出一個(gè)N3E版本，可以視為增強(qiáng)版，有更好的性能、功耗、良品率，同時(shí)設(shè)計(jì)和IP上完全兼容N3，2024年量產(chǎn)。

而臺(tái)積電的N2 2nm工藝一直比較神秘，官方此前只是確認(rèn)會(huì)考慮使用GAAFET(環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，但從未明確是否真的上馬。按照魏哲家的最新說法，N2工藝將在2025年量產(chǎn)，并強(qiáng)調(diào)無論集成密度還是性能都是業(yè)內(nèi)最好的，但未給出具體指標(biāo)。

之前預(yù)計(jì)臺(tái)積電2nm 2024年就能量產(chǎn)，結(jié)果現(xiàn)在節(jié)奏也放緩了，和三星基本同步，就看誰的表現(xiàn)更好了，當(dāng)然還有高昂的成本問題。

當(dāng)然，在芯片沒有交付之前，一切都是計(jì)劃，而有時(shí)候計(jì)劃趕不上變化，所以最終如何，還是讓時(shí)間來證明了。

三星和臺(tái)積電的制程競(jìng)爭(zhēng)

三星與臺(tái)積電首次在先進(jìn)制程上的競(jìng)爭(zhēng)可以追溯到14nm制程時(shí)代，當(dāng)時(shí)三星因?yàn)槿〉昧薋inFET技術(shù)工藝的領(lǐng)先，率先推出了14nm搶走了蘋果訂單，給臺(tái)積電很大的壓力。不過，2016年蘋果A10處理器訂單又被由臺(tái)積電搶回，而三星此后再未獨(dú)自吞下過蘋果A系列處理器訂單。

需要注意的是，當(dāng)時(shí)三星的整合(IDM)模式跟臺(tái)積電這種專職代工生意的廠商不同，三星自己的終端業(yè)務(wù)跟很多其芯片代工的客戶形成了競(jìng)爭(zhēng)，這也讓一些客戶轉(zhuǎn)向臺(tái)積電。

因此，2017年5月三星正式宣布調(diào)整公司業(yè)務(wù)部門，將晶圓代工業(yè)務(wù)部門從系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)部門中獨(dú)立出來，成立三星電子晶圓代工廠，主要負(fù)責(zé)為全球客戶制造邏輯芯片，從而與臺(tái)積電進(jìn)行純晶圓代工正面競(jìng)爭(zhēng)。這讓三星在2018年的晶圓代工業(yè)務(wù)營(yíng)收達(dá)到100億美元，市占率沖上14%，全球份額躍升至第二。

2019年4月，三星公布“半導(dǎo)體愿景2030”發(fā)展藍(lán)圖，準(zhǔn)備在10年內(nèi)投資1160億美元，錄用15000名專業(yè)人才，以期在2030年前大幅提升在晶圓代工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并在2030 年超越臺(tái)積電，登上產(chǎn)業(yè)龍頭。

目前三星的5nm芯片，已經(jīng)有高通、IBM、AMD、nvidia等客戶了，如果三星真的能夠領(lǐng)先臺(tái)積電，預(yù)計(jì)還能夠再吸引到更多的客戶?，F(xiàn)在，三星想采用GAA技術(shù)早于臺(tái)積電推出3nm技術(shù)。

與此同時(shí)，三星的表現(xiàn)也非常搶眼。第三季度初步財(cái)報(bào)顯示，受內(nèi)存價(jià)格上漲、蘋果新機(jī)面板訂單原因推動(dòng)，三星三季度營(yíng)業(yè)利潤(rùn)增長(zhǎng)28%，創(chuàng)近三年來新高。第三季度營(yíng)收預(yù)估為73萬億韓元，年增9%，利潤(rùn)達(dá)15.8萬億韓元(約合133億美元)，略低于市場(chǎng)預(yù)期，但仍是2018年第三季度以來的最高單季表現(xiàn)。

10月14日，臺(tái)積電披露了2021年第三季度業(yè)績(jī)，報(bào)告期公司實(shí)現(xiàn)合并收入為新臺(tái)幣4146.7 億元（約人民幣950億元），增長(zhǎng)11.4%。臺(tái)積電第三季5nm制程比重約18%，7nm制程比重約34%，包括5nm及7nm的先進(jìn)制程比重約52%。

三星與臺(tái)積電的制程熱戰(zhàn)持續(xù)之際，也讓后續(xù)梯隊(duì)與兩大巨頭的差距越拉越大。除臺(tái)積電與三星外，TrendForce排名顯示，目前位居全球芯片代工份額第三至第五位的為聯(lián)電、格羅方德、中芯國(guó)際，其中，聯(lián)電與格羅方德的份額各為7%，中芯國(guó)際僅為4%。

份額的弱勢(shì)也讓在上述廠商在先進(jìn)制程上的投入更趨無力。早在2018年，聯(lián)電與格羅方德其實(shí)已經(jīng)相繼退出了7nm制程競(jìng)爭(zhēng)，目前聯(lián)電的主力產(chǎn)線在14nm，格羅方德則為28nm，二者都選擇了更保守的競(jìng)爭(zhēng)策略。目前在7nm及以下制程領(lǐng)域，全球只有臺(tái)積電與三星有能力繼續(xù)挺進(jìn)，延續(xù)摩爾定律。

對(duì)于代工廠商而言，率先將先進(jìn)工藝量產(chǎn)，并且保證性能穩(wěn)定是搶占市場(chǎng)份額的關(guān)鍵。

目前三星在產(chǎn)能與良率方面和臺(tái)積電仍有一段差距，這種差距是短期內(nèi)無法改變的。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，三星在2020年的晶圓月產(chǎn)能約為2.5萬片，而臺(tái)積電則為14萬片，尤其是在目前最前沿的5nm制程方面，三星晶圓月產(chǎn)能約為5000片，而臺(tái)積電約為9萬片。在產(chǎn)能方面，臺(tái)積電還具有動(dòng)態(tài)調(diào)配生產(chǎn)線能力，可以將產(chǎn)能利用率提高到110%~120%，這是三星所不具備的。

在最新通報(bào)會(huì)上，臺(tái)積電表示，由于5nm需求強(qiáng)勁，該公司5nm系列在2021年的產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃比2020年會(huì)翻倍，2022年將比2020年增長(zhǎng)3.5倍以上，并在2023年達(dá)到2020年的4倍以上。

而在良率方面，臺(tái)積電的新制程接單標(biāo)準(zhǔn)是一般不低于75%，在14nm等成熟的工藝線，良率則能保證達(dá)到95%~98%。這也讓臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)更為鞏固。

據(jù)韓國(guó)媒體引述多家供應(yīng)商報(bào)道，由于三星遲遲未提高5nm的產(chǎn)品良率，使得三星在5nm產(chǎn)線的構(gòu)建與客戶搶奪上也陷入被動(dòng)。

不出意外的話，蘋果A16芯片以及A17芯片，都將由臺(tái)積電代工。該訂單將確保臺(tái)積電在先進(jìn)工藝賽道獲得領(lǐng)先，當(dāng)然，臺(tái)積電新工藝對(duì)于蘋果而言，也有相當(dāng)大吸引力。

雖然三星制程工藝緊咬臺(tái)積電，但業(yè)內(nèi)人士都明白，就效果而言，三星和臺(tái)積電水準(zhǔn)并不是很接近。

并且今年今年芯片產(chǎn)能緊張，供應(yīng)鏈服務(wù)費(fèi)用全面上漲，但臺(tái)積電只給蘋果費(fèi)用上調(diào)了3%，對(duì)比之下，其他廠商都是上調(diào)15%到20%。

按照三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)占據(jù)三星電子36%的份額計(jì)算，三星半導(dǎo)體芯片的勢(shì)頭就已經(jīng)非常強(qiáng)勁了，更何況在今年三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)占據(jù)整個(gè)三星營(yíng)收利潤(rùn)的一半左右。這樣來看，在2021年三星芯片代工廠確實(shí)是一大亮點(diǎn)，而且還有望延續(xù)到2022年，不至于讓臺(tái)積電一枝獨(dú)秀。

不得不說，自10nm、7nm工藝三星落后于臺(tái)積電后，三星就已經(jīng)與臺(tái)積電杠上了，而到了5nm芯片工藝三星又屢次受到挫敗，如今為了趕超臺(tái)積電，三星在3nm芯片工藝又和臺(tái)積電杠上了，而且這一次在先進(jìn)制程工藝上三星有點(diǎn)要跑贏臺(tái)積電意思。

總的來說，雖然3nm芯片還沒有出來，談三星趕超臺(tái)積電為之尚早，但如果三星能在3nm芯片工藝扳回，那意味著全球芯片很可能將再次迎來變局。未來芯片代工領(lǐng)域一哥的位置，也極有可能會(huì)易主。大家認(rèn)為呢？