領(lǐng)銜掀起這一話題風(fēng)暴的,是目前穩(wěn)坐全球晶圓代工龍頭寶座的臺(tái)積電。在近日舉行的行業(yè)技術(shù)論壇上,臺(tái)積電方面首度披露,外界關(guān)注的3納米制程將在今年下半年試產(chǎn),同時(shí)將花費(fèi)1萬(wàn)億元新臺(tái)幣(約合人民幣 2290億元)擴(kuò)大2納米產(chǎn)能布局,并在2024年試產(chǎn),2025年開始量產(chǎn)。
雖然并未言明提前透露下一代制程計(jì)劃的意圖,但外界都將其解讀為向老對(duì)手三星的回應(yīng)。作為目前全球晶圓代工市場(chǎng)上僅次于臺(tái)積電的另一巨頭,三星在去年底舉行的全球代工論壇上率先公布,將在2025年量產(chǎn)2納米制程芯片。
值得注意的是,根據(jù)計(jì)劃,雙方都將在2納米工藝上采用新的納米片晶體管(Gate-All-Around FET,以下簡(jiǎn)稱“GAA”)結(jié)構(gòu),以取代目前主流的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)結(jié)構(gòu)。相比于后者,GAA結(jié)構(gòu)可以更為精確地減少漏電損耗,降低功耗。
唯一區(qū)別的是,為了勝過對(duì)手,三星更為“激進(jìn)”地決定,將在3納米上就搶先采用GAA結(jié)構(gòu)工藝。而就在6月30日,三星方面官方宣布,基于GAA結(jié)構(gòu)的3納米制程芯片已開始初步生產(chǎn)。多位半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士向《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者表示,這一舉動(dòng),將加劇目前雙方在先進(jìn)制程領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng),并將2納米之爭(zhēng)推向比外界所預(yù)想的更為激烈的程度。
角力從3納米開始
雖然在臺(tái)積電最新路線圖公布后,業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了最為前沿的2納米上,但在實(shí)質(zhì)上,這場(chǎng)制程戰(zhàn)事的核心仍舊集中在3納米。
“3納米的GAA工藝能不能成功,將決定三星在2納米能不能追上臺(tái)積電。”CHIP全球測(cè)試中心中國(guó)實(shí)驗(yàn)室主任羅國(guó)昭向記者表示,如果不在3納米上搶先使用GAA工藝,按照目前的市場(chǎng)格局,以及既有的競(jìng)爭(zhēng)路徑演進(jìn)分析,三星追上臺(tái)積電的可能性很小。
TrendForce數(shù)據(jù)顯示,目前臺(tái)積電的市場(chǎng)份額接近52.9%,而三星位居第二,市場(chǎng)份額為17.3%。羅國(guó)昭指出,當(dāng)下的芯片代工已經(jīng)變成一個(gè)資本與技術(shù)雙密集型的產(chǎn)業(yè),這也意味著行業(yè)的馬太效應(yīng)極強(qiáng)。以臺(tái)積電目前的市場(chǎng)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),三星與之相比,差距懸殊。因此,三星不如放手一搏,否則不要說(shuō)趕超,甚至有可能被甩開更遠(yuǎn)。
同時(shí),羅國(guó)昭表示,由于涉及調(diào)試與檢驗(yàn),在新制程之上再使用新結(jié)構(gòu),等于是雙份的冒險(xiǎn),因此,三星需要在進(jìn)入2納米與臺(tái)積電正面對(duì)決前,將3納米作為一個(gè)檢驗(yàn)新技術(shù)的嘗試領(lǐng)域。“加上之前在5納米上,三星便因?yàn)榱悸什贿^關(guān)影響過進(jìn)度,所以這次提前可能更有必要。”羅國(guó)昭表示。
而即便是沿用老架構(gòu),制程換代對(duì)于臺(tái)積電而言也同樣不易。記者注意到,根據(jù)計(jì)劃,臺(tái)積電3納米原本的量產(chǎn)時(shí)間是在2022年下半年。但據(jù)半導(dǎo)體業(yè)資深分析師郭明錤日前透露,臺(tái)積電3納米和4納米改良版要到2023年才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),將導(dǎo)致今年的iPhone新機(jī)也只能使用5納米改良版和4納米制程。
在投入力度上,三星也可謂一擲千金。財(cái)報(bào)顯示,雖然2021年三星電子在半導(dǎo)體領(lǐng)域投資約337億美元,與臺(tái)積電約300億美元投入相當(dāng),但在未來(lái)五年,三星則宣布將投資3600億美元用于半導(dǎo)體先進(jìn)制程,年均超700億美元。對(duì)比之下,臺(tái)積電2022年的預(yù)計(jì)開支則為400億~450億美元。
對(duì)此,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分析師季維認(rèn)為,相比于三星,臺(tái)積電更像是守成者的角色,且由于擁有蘋果、高通、英特爾等大客戶的重要訂單,為了保證交貨質(zhì)量,在3納米上沿用傳統(tǒng)架構(gòu)的路線相對(duì)更為穩(wěn)妥,而三星則顧忌更少。
公開信息顯示,相比于5納米,三星的3納米制程產(chǎn)品性能與電池效率分別提高了15% 和30%,同時(shí)芯片面積減少了35%。在今年上半年試產(chǎn)使用GAA結(jié)構(gòu)的新工藝后,三星計(jì)劃在2023年將其引入第二代3納米芯片中,并在2025 年量產(chǎn)基于GAA結(jié)構(gòu)的2納米芯片。
攪局者英特爾
臺(tái)積電、三星激戰(zhàn)正酣之際,尖端制程領(lǐng)域的覬覦者也在躍躍欲試。而這次扮演闖入者角色的,則是老牌巨頭英特爾。自2021年提出IDM 2.0戰(zhàn)略后,英特爾瞄準(zhǔn)了從7納米至1.8納米的多代制程研發(fā)計(jì)劃,計(jì)劃一年一代推進(jìn),其中2024年將量產(chǎn)2納米制程,2025年量產(chǎn)1.8納米制程。
對(duì)于英特爾的意圖,季維分析稱,隨著5G、AI、手機(jī)、自動(dòng)駕駛、高性能計(jì)算市場(chǎng)快速發(fā)展,先進(jìn)制程芯片的需求也越來(lái)越大,雖然投入高,但一旦研發(fā)成功,利潤(rùn)回報(bào)也同樣豐厚,并能就此掌握產(chǎn)業(yè)鏈的話語(yǔ)權(quán)與主動(dòng)權(quán)。對(duì)于巨頭們而言,這一誘惑力不言而喻。
根據(jù)去年公布的計(jì)劃,英特爾將在美國(guó)亞利桑那州投資約200億美元,新建兩座晶圓制造工廠。而進(jìn)入2022年以來(lái),英特爾還宣布新增200億美元在俄亥俄州再建兩座新晶圓廠,并計(jì)劃于2025年投產(chǎn),同時(shí)以54億美元收購(gòu)全球第九大晶圓代工廠商高塔半導(dǎo)體。
對(duì)此,羅國(guó)昭表示,雖然英特爾的確有意在新制程領(lǐng)域搶占更多份額,但此前在10納米和7納米制程的跳票延期,讓其公布的藍(lán)圖能否順利實(shí)現(xiàn)受到業(yè)界質(zhì)疑。在羅國(guó)昭看來(lái),英特爾選擇高調(diào)公布在先進(jìn)制程上的雄圖,一大原因是為了拿到更多美國(guó)官方的產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼。
值得注意的是,就在近日,由于美國(guó)國(guó)會(huì)遲遲未通過芯片扶持法案,原定于7月下旬的英特爾俄亥俄州新廠開工儀式宣告無(wú)限期延后。羅國(guó)昭指出,如果拿不到預(yù)期的資金,目前的英特爾很難支撐起在高精制程領(lǐng)域的巨額研發(fā)投入以及建廠成本。
不過,與臺(tái)積電不同,羅國(guó)昭認(rèn)為,英特爾的優(yōu)勢(shì)與三星類似,便是自身并不是純粹的代工廠商,即便新制程研發(fā)不如預(yù)期,也能依靠自身在芯片端的需求,消化掉多余產(chǎn)能。而從目前世界市場(chǎng)來(lái)看,10納米至28納米還有著廣泛的客戶,在全球近年整體缺芯的背景下,英特爾有著相對(duì)從容的應(yīng)對(duì)空間。
在季維看來(lái),更為有利的是,全球芯片代工市場(chǎng)遠(yuǎn)未達(dá)到飽和,仍處于增量空間。Yole研報(bào)預(yù)測(cè),全球芯片代工市場(chǎng)2021年增長(zhǎng)率達(dá)27%,預(yù)計(jì)2022年增長(zhǎng)率仍將維持在20%以上。在此背景下,如果2022年市場(chǎng)需求仍保持正向增長(zhǎng),除臺(tái)積電與三星外的第三陣營(yíng)的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)仍然很大,而英特爾目前正是這一陣營(yíng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
“一超多強(qiáng)”格局不變
三星和英特爾陸續(xù)吹起的進(jìn)軍號(hào)角,雖然讓臺(tái)積電感受到了壓力,但在業(yè)界人士看來(lái),短期內(nèi),芯片代工領(lǐng)域的“一超多強(qiáng)”格局不會(huì)有較大改變。
公開財(cái)報(bào)顯示,臺(tái)積電2021年總營(yíng)收達(dá)1.59萬(wàn)億元新臺(tái)幣(約合人民幣3549億元),同比增長(zhǎng)18.5%;稅前凈利潤(rùn)為6631億元新臺(tái)幣(約合人民幣1480億元),同比增長(zhǎng)13.4%。
“芯片代工產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天,除了表現(xiàn)出對(duì)資本和技術(shù)的高要求外,自身也形成了非常高的技術(shù)壁壘。臺(tái)積電積累的技術(shù)迭代優(yōu)勢(shì),讓其他新晉廠商根本無(wú)從挑戰(zhàn)。”羅國(guó)昭指出,這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)的外化表現(xiàn),就是先進(jìn)制程。
以3納米為例,記者注意到,雖然客戶的具體需求數(shù)據(jù)屬于商業(yè)機(jī)密,但蘋果、AMD、英偉達(dá)、高通、英特爾、聯(lián)發(fā)科等公司,都已是臺(tái)積電量產(chǎn)初期的公開客戶。季維向記者指出,芯片代工的制造業(yè)屬性很強(qiáng),而該產(chǎn)業(yè)的一大規(guī)律便是,一旦建立起合作和信任,在沒有外力影響的情況下,客戶喜歡固守穩(wěn)定的傳統(tǒng)供應(yīng)商。
同時(shí),季維認(rèn)為,更具優(yōu)勢(shì)的因素在于,臺(tái)積電是純粹的代工商角色,不像三星、英特爾也同時(shí)涉足與客戶的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng),而這會(huì)讓臺(tái)積電收獲客戶更多的信任。在此背景下,國(guó)際市場(chǎng)數(shù)據(jù)研究機(jī)構(gòu)TrendForce今年4月公布了一份研報(bào),預(yù)測(cè)到2022年,臺(tái)積電在全球代工市場(chǎng)中的份額將進(jìn)一步增加到56%。
不過,隨著三星、英特爾向2納米發(fā)起沖刺,臺(tái)積電的危機(jī)感會(huì)多添幾分。“從產(chǎn)業(yè)整體的角度考慮,這樣的良性競(jìng)爭(zhēng)是有利的,能夠激發(fā)更多的創(chuàng)新。”季維表示,從制程迭代的角度來(lái)看,半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)在近五年狂飆突進(jìn)式的成就遠(yuǎn)超前幾十年。隨著半導(dǎo)體制程進(jìn)入2納米領(lǐng)域,打破摩爾定律失效的危機(jī),也變得更為可能。