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決戰3nm —— 三星和臺積電誰會最先沖過終點線?

作者:陳玲麗時間:2021-10-22來源:電子產品世界收藏

隨著近年來芯片制造巨頭在半導體產業中的地位日益凸顯 ,先進制程正成為全球各國科技角力場的最前線。而最新的戰火,已經燒到制程。

本文引用地址:http://www.pfaennle.com/article/202110/429000.htm

TrendForce數據最新顯示,目前的市場份額接近52.9%,是全球最大的芯片代工企業,而位居第二,市場份額為17.3%。

在近幾個季度的財報會議上,總裁魏哲家就透露,晶圓片計劃今年下半年風險試產,明年可實現量產。而也一直對工藝寄予厚望,不僅在多年前就已開始投入研發事宜,更在今年上半年宣布預備投入1160億美元研發和生產3nm制程,以期趕超。隨著3nm制程工藝的競爭大幕拉開,兩大巨頭的競爭態勢再度引發關注。

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展和路線圖。三星代工業務負責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。3nm工藝上分為兩個版本,其中3GAE(低功耗版)將在2022年年初投入量產,3GAP(高性能版)則會在2023年年初批量生產。

三星方面表示已確保3nm制程工藝有穩定良率,計劃在明年6月份開始量產及代工相關產品,并采用新工藝:為了在半導體制程工藝上追趕上臺積電,三星在3nm工藝的研發當中率先引入了全新的GAA(Gate-all-around,環繞柵極)技術。

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

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2nm工藝沒有出現在公開路線圖上,但是三星代工市場策略高級副總裁MoonSoo Kang透露,2GAP工藝會在2025年量產。這是三星第一次透露2nm工藝的規劃,但三星也警告說,新工藝進度還要看客戶的規劃和部署。

如此雄圖,無疑也將競爭的矛頭直接指向了目前芯片制造領域的霸主——臺積電。

臺積電的強勢回應

而在三星的步步緊逼之下,臺積電自然不甘示弱。臺積電CEO魏哲家最新公開表示,臺積電3nm N3將在今年內風險性試產,2022年下半年大規模量產,2023年第一季度獲得實際收入。

臺積電N3 3nm工藝將是N5 5nm之后的全新節點,號稱經過密度可增加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),因此更加復雜化,整個工藝流程的工序超過1000道。

N3還會衍生出一個N3E版本,可以視為增強版,有更好的性能、功耗、良品率,同時設計和IP上完全兼容N3,2024年量產。

而臺積電的N2 2nm工藝一直比較神秘,官方此前只是確認會考慮使用GAAFET(環繞柵極場效應晶體管),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,并強調無論集成密度還是性能都是業內最好的,但未給出具體指標。

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之前預計臺積電2nm 2024年就能量產,結果現在節奏也放緩了,和三星基本同步,就看誰的表現更好了,當然還有高昂的成本問題。

當然,在芯片沒有交付之前,一切都是計劃,而有時候計劃趕不上變化,所以最終如何,還是讓時間來證明了。

三星和臺積電的制程競爭

三星與臺積電首次在先進制程上的競爭可以追溯到14nm制程時代,當時三星因為取得了FinFET技術工藝的領先,率先推出了14nm搶走了蘋果訂單,給臺積電很大的壓力。不過,2016年蘋果A10處理器訂單又被由臺積電搶回,而三星此后再未獨自吞下過蘋果A系列處理器訂單。

需要注意的是,當時三星的整合(IDM)模式跟臺積電這種專職代工生意的廠商不同,三星自己的終端業務跟很多其芯片代工的客戶形成了競爭,這也讓一些客戶轉向臺積電。

因此,2017年5月三星正式宣布調整公司業務部門,將晶圓代工業務部門從系統LSI業務部門中獨立出來,成立三星電子晶圓代工廠,主要負責為全球客戶制造邏輯芯片,從而與臺積電進行純晶圓代工正面競爭。這讓三星在2018年的晶圓代工業務營收達到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“半導體愿景2030”發展藍圖,準備在10年內投資1160億美元,錄用15000名專業人才,以期在2030年前大幅提升在晶圓代工市場競爭力,并在2030 年超越臺積電,登上產業龍頭。

目前三星的5nm芯片,已經有高通、IBM、AMD、nvidia等客戶了,如果三星真的能夠領先臺積電,預計還能夠再吸引到更多的客戶。現在,三星想采用GAA技術早于臺積電推出3nm技術。

與此同時,三星的表現也非常搶眼。第三季度初步財報顯示,受內存價格上漲、蘋果新機面板訂單原因推動,三星三季度營業利潤增長28%,創近三年來新高。第三季度營收預估為73萬億韓元,年增9%,利潤達15.8萬億韓元(約合133億美元),略低于市場預期,但仍是2018年第三季度以來的最高單季表現。

10月14日,臺積電披露了2021年第三季度業績,報告期公司實現合并收入為新臺幣4146.7 億元(約人民幣950億元),增長11.4%。臺積電第三季5nm制程比重約18%,7nm制程比重約34%,包括5nm及7nm的先進制程比重約52%。

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三星與臺積電的制程熱戰持續之際,也讓后續梯隊與兩大巨頭的差距越拉越大。除臺積電與三星外,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電、格羅方德、中芯國際,其中,聯電與格羅方德的份額各為7%,中芯國際僅為4%。

份額的弱勢也讓在上述廠商在先進制程上的投入更趨無力。早在2018年,聯電與格羅方德其實已經相繼退出了7nm制程競爭,目前聯電的主力產線在14nm,格羅方德則為28nm,二者都選擇了更保守的競爭策略。目前在7nm及以下制程領域,全球只有臺積電與三星有能力繼續挺進,延續摩爾定律。

對于代工廠商而言,率先將先進工藝量產,并且保證性能穩定是搶占市場份額的關鍵。

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目前三星在產能與良率方面和臺積電仍有一段差距,這種差距是短期內無法改變的。統計數據顯示,三星在2020年的晶圓月產能約為2.5萬片,而臺積電則為14萬片,尤其是在目前最前沿的5nm制程方面,三星晶圓月產能約為5000片,而臺積電約為9萬片。在產能方面,臺積電還具有動態調配生產線能力,可以將產能利用率提高到110%~120%,這是三星所不具備的。

在最新通報會上,臺積電表示,由于5nm需求強勁,該公司5nm系列在2021年的產能擴充計劃比2020年會翻倍,2022年將比2020年增長3.5倍以上,并在2023年達到2020年的4倍以上。

而在良率方面,臺積電的新制程接單標準是一般不低于75%,在14nm等成熟的工藝線,良率則能保證達到95%~98%。這也讓臺積電的優勢更為鞏固。

據韓國媒體引述多家供應商報道,由于三星遲遲未提高5nm的產品良率,使得三星在5nm產線的構建與客戶搶奪上也陷入被動。

不出意外的話,蘋果A16芯片以及A17芯片,都將由臺積電代工。該訂單將確保臺積電在先進工藝賽道獲得領先,當然,臺積電新工藝對于蘋果而言,也有相當大吸引力。

雖然三星制程工藝緊咬臺積電,但業內人士都明白,就效果而言,三星和臺積電水準并不是很接近。

并且今年今年芯片產能緊張,供應鏈服務費用全面上漲,但臺積電只給蘋果費用上調了3%,對比之下,其他廠商都是上調15%到20%。

按照三星半導體業務占據三星電子36%的份額計算,三星半導體芯片的勢頭就已經非常強勁了,更何況在今年三星半導體業務占據整個三星營收利潤的一半左右。這樣來看,在2021年三星芯片代工廠確實是一大亮點,而且還有望延續到2022年,不至于讓臺積電一枝獨秀。

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

總的來說,雖然3nm芯片還沒有出來,談三星趕超臺積電為之尚早,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。未來芯片代工領域一哥的位置,也極有可能會易主。大家認為呢?



關鍵詞: 3nm 三星 臺積電

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