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    • ?01、發(fā)展策略各有不同
    • ?02、行業(yè)地位此消彼長
    • ?03、工藝技術比拼
    • ?04、制造成本深不見底
    • ?05、結語
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抗衡臺積電,曙光乍現(xiàn)

04/02 09:20
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作者:暢秋

在全球半導體市場IDM的發(fā)展勢頭和行業(yè)影響力似乎越來越弱,而晶圓代工業(yè)務模式的行業(yè)地位卻在持續(xù)提升。從行業(yè)龍頭廠商的發(fā)展現(xiàn)狀,也可以看出這種發(fā)展態(tài)勢,眼下,市值最高的兩大半導體企業(yè),一個是英偉達,市值已經超過2萬億美元,火爆異常,另一個是臺積電,在2022和2023年,英偉達股價暴漲之前,臺積電的市值是半導體企業(yè)里最高的,一度超過7000億美元,后來有所下滑,但現(xiàn)在又恢復到7000億美元以上。

英偉達和臺積電是晶圓代工業(yè)務模式下的典型企業(yè),一個設計,一個生產,而且都聚焦先進制程工藝,珠聯(lián)璧合,成為當下半導體行業(yè)最搶眼的存在。

相比之下,老牌的IDM企業(yè),并穩(wěn)定在各自領域內排名前三的企業(yè),有兩大代表,一個是英特爾,一個是德州儀器(TI),一個做數(shù)字邏輯芯片,一個做模擬芯片,這兩家都是各自領域的龍頭。但它們最近今幾年的日子似乎都不太好過,特別是德州儀器,無論是市值,還是營收、利潤,或是業(yè)務拓展能力,與早些年相比都在下滑,而且裁員不斷。

晶圓代工正在全面打壓IDM。也正是因為如此,在全球晶圓代工廠商中綜合實力最強的三家:臺積電,三星,英特爾,其中的兩家——三星和英特爾——都從IDM進入了晶圓代工業(yè),且投入力度越來越大。

?01、發(fā)展策略各有不同

對于臺積電、英特爾和三星這三大廠商來說,原來采取的晶圓代工策略各有不同,但近兩年越來越趨同,那就是把越來越多的資源投入到最先進制程工藝技術上。

臺積電的基調一直沒變,持之以恒地將晶圓代工業(yè)務做到極致,特別是在先進制程方面,是臺積電投入的重點,每年都會有大量資金砸進去,而發(fā)展到10nm的時候,臺積電相對于行業(yè)競爭對手(主要是三星)的優(yōu)勢越來越明顯,在7nm和5nm制程芯片量產方面,臺積電形成了對競爭者的碾壓態(tài)勢,并將這種優(yōu)勢延續(xù)到了3nm。

三星方面,在20nm及以上制程時代,與臺積電之間的差距沒有現(xiàn)在這么大,而到了14nm(臺積電稱為16nm),三星憑借在制程工藝方面的突破,在這一節(jié)點處壓了臺積電一頭,但是,這種優(yōu)勢并沒有持續(xù)太久,臺積電很快就趕了上來,并在10nm以下制程領域使三星越來越難受。為了追趕臺積電,三星電子于2017年決定分拆晶圓代工業(yè)務部門,以尋求更多客戶,特別是行業(yè)大客戶的信賴,但從結果來看,這樣的分拆并不算成功,或者說,對于三星這樣在韓國處于巨無霸地位的企業(yè)來說,要想完全將晶圓代工業(yè)務分拆出來,難度太大。

英特爾方面,在上一位CEO的規(guī)劃里,晶圓代工業(yè)務幾乎被無視掉了,而是將主要精力和資源投入到了核心產品CPU,以及各種新型處理器產品(如手機處理器和AI處理器),但從實際結果來看,都不理想,在CPU方面,AMD在過去5年里,憑借架構和設計創(chuàng)新,以及合作伙伴臺積電的制程優(yōu)勢,快速逆襲,搶奪了大量原本屬于英特爾的CPU市場份額。與此同時,GPU在AI領域的重要性不斷凸顯出來,而臺積電的制程工藝優(yōu)勢依然發(fā)揮著關鍵作用,相反,在那段時期,英特爾并沒有重視GPU市場,錯過了最佳的發(fā)展機遇期,這也導致該公司在最近幾年大力投入GPU研發(fā)時,總是有種事倍功半的效果。

在新任CEO的帶領下,英特爾大幅調整了發(fā)展策略,將晶圓代工業(yè)務放在了頭等重要的位置,幾乎是要All in式的投入,從近兩年以及未來的發(fā)展來看,英特爾的這個決策還是值得期待的,雖然時間稍晚了一些,但并沒有錯過,發(fā)展結果如何,估計5年后可以見分曉。

?02、行業(yè)地位此消彼長

總的發(fā)展策略會導致相應的結果,這在臺積電、英特爾和三星晶圓代工業(yè)務上有明顯體現(xiàn),特別是行業(yè)排名,最為明顯。

就近兩年的排名來看,這三強的變化很明顯,臺積電市占率已經提升到60%,三星下滑明顯,英特爾在十強榜單中進進出出。

前些天,TrendForce發(fā)布了2023年第四季度全球十大晶圓代工廠營收排名榜單,如下圖所示。

可以看出,臺積電的市占率已經提升到了61.2%,環(huán)比上升,而三星的市占率為11.3%,環(huán)比下降。英特爾方面,該公司的代工業(yè)務IFS(Intel Foundry Service)在2023年第三季度歷史首次出現(xiàn)在該榜單中,當時排名第九位。而在第四季度榜單中,英特爾被擠出了前十。

2022年第四季度,排名情況基本不變。市占率方面,臺積電為58.5%,三星的市占率為15.8%,那時,英特爾還沒有出現(xiàn)在榜單中。

2021年第四季度,在榜單中,臺積電的市占率為52.1%,三星為18.3%,那時,英特爾也不可能出現(xiàn)在榜單中,因為該公司是在2021年正式推出IFS服務的,一切才剛剛開始。

綜合以上3年內的市占率來看,臺積電年年穩(wěn)步提升,而三星則正相反。英特爾經過兩年的籌備和發(fā)展,在2023年第三季度首次出現(xiàn)在該榜單中,但在第四季度又消失了。這些,從一個側面體現(xiàn)出這三家廠商晶圓代工業(yè)務發(fā)展策略所產生的結果,即臺積電從一開始就走純代工模式,最大化地獲得客戶信任,同時將先進制程發(fā)展到行業(yè)極致水平,才能將市占率穩(wěn)步提升,三星則介于IDM和純代工模式之間,且在先進制程方面未能發(fā)展出行業(yè)頂尖水平,此消彼長,市占率在下滑。英特爾在榜單上的呈現(xiàn)與消失,則體現(xiàn)出其在業(yè)務發(fā)展初期的不穩(wěn)定性。

?03、工藝技術比拼

行業(yè)市占率的變化,在很大程度上取決于制程工藝技術水平的高低。無論是過去還是現(xiàn)在,臺積電的綜合實力是最強的,特別是在晶體管密度和能效方面,技術積累的優(yōu)勢短時間內難以被超越。不過,最近幾年,英特爾追趕的腳步很快,在解決了困擾多年的10nm制程工藝(在未攻克該節(jié)點之前,英特爾在14nm制程上徘徊了近5年時間)以后,該公司的制程節(jié)點演進速度明顯提升,正在拉近與臺積電的距離。在這種情況下,三星壓力越來越大,因為前有(臺積電)堵截,后有(英特爾)追兵,未來,三星的晶圓代工業(yè)務日子恐怕不好過。

最近,TechInsights發(fā)布了一份臺積電、英特爾、三星制程技術對比報告,主要關注先進制程的晶體管密度、運算效能和能耗效率。

晶體管密度方面,臺積電3nm(N3)制程及其強化版N3E,晶體管密度達到283MTx/mm2(每平方毫米百萬晶體管數(shù))和273MTx/mm2,都高于Intel 18A的195MTx/mm2。Intel 18A采用背面供電技術(Backside power),對降低能耗有一定幫助,但英特爾沒有公布能耗數(shù)據(jù)??傮w來看,Intel 18A大幅超越臺積電3nm性能還是不太可能。

三星領先臺積電跨入GAA架構Nanosheet制程,力圖彎道超車,不過,比較晶體管密度、性能、能耗后,同年內,三星的制程工藝都落后于臺積電,臺積電晶體管密度約是三星的1.5倍以上,;先進制程客戶數(shù)量方面,臺積電也遠超三星。

還有一點很重要,那就是良率,它直接影響生產成本和客戶認可度。

自從進入5nm制程時代以來,良率一直是三星晶圓代工業(yè)務所面對的最大問題,特別是在3nm制程節(jié)點上,三星率先引入了全新的GAA架構晶體管,與以往使用的FinFET晶體管有較大區(qū)別,也使良率問題進一步放大。

據(jù)Notebookcheck報道,目前,三星的3nm工藝良率在50%附近徘徊,依然有一些問題需要解決。三星2023年曾表示,其3nm工藝量產后的良率已達到60%以上,不過,現(xiàn)在看來,當時過于樂觀了。

今年2月,據(jù)韓媒報道,三星新版3nm工藝存在重大問題,試產芯片均存在缺陷,良率為0%。報道指出,采用3nm工藝的Exynos 2500芯片因缺陷未能通過質量測試,導致后續(xù) Galaxy Watch 7的芯片組也無法量產。報道指出,由于Exynos 2500芯片試產失敗,三星推遲了大規(guī)模生產,目前,尚不清楚是否能夠及時解決良率問題。

為了追趕臺積電,三星的3nm制程工藝采取了比較激進的策略,主要體現(xiàn)在GAA晶體管架構上,臺積電的3nm依然采用FinFET。2nm才會轉向GAA晶體管,激進的結果就是要在良率方面付出一些代價。

當年,英特爾的10nm一直難產,最大的障礙就是多年未解決的良率問題,致使14nm制程被一改再改,才能維持其CPU的更新?lián)Q代。后來,經過5年左右的攻關,終于解決了10nm制程良率問題,那之后,英特爾的制程工藝發(fā)展就顯得順利多了,眼下,Intel 4量產準備就緒,Intel 3也快了。

?04、制造成本深不見底

International Business Strategies(IBS)的分析師認為,與3nm處理器相比,2nm芯片成本將增長約50%。

IBS估計,一個產能約為每月50000片晶圓(WSPM)的2nm產線的成本約為280億美元,而具有類似產能的3nm產線的成本約為200億美元。增加的成本,很大一部分來自于EUV光刻設備數(shù)量的增加,這將大大增加每片晶圓和每個芯片的生產成本,而能夠接受如此高成本芯片的廠商,只有蘋果、AMD、英偉達和高通等少數(shù)幾家。

IBS估計,2025~2026年,使用臺積電N2工藝加工單個12英寸晶圓將花費蘋果約30000美元,而基于N3工藝的晶圓成本約為20000美元。

預計三星、英特爾和AMD等公司將在未來幾年加速采用由不同制程節(jié)點制造的小芯片(Chiplet)組設計,以降低成本。同時,智能手機處理器可能會在一段時間內保留單片設計,因為先進封裝的成本也很高。

相對于三星和英特爾,臺積電的客戶規(guī)模優(yōu)勢,可以將成本控制在一定水平內。

2023年,蘋果公司占臺積電收入的25%,為其貢獻了175.2億美元營收,英偉達為臺積電貢獻了77.3億美元,占其2023年營收的11%。

2023年,臺積電的前10大客戶占其收入的91%,高于2022年的82%,這些公司包括聯(lián)發(fā)科、AMD、高通、博通、索尼和Marvell。

隨著對AI處理器需求的增加,英偉達在臺積電收入中的份額可能會在2024年增加,該公司已經預訂了臺積電晶圓代工和CoWoS封裝產能,以確保其用于AI的優(yōu)質處理器的穩(wěn)定供應。今年,AMD在臺積電總營收中的份額有望超過10%。

有這些大客戶下單,臺積電就有資本大規(guī)模投資最先進制程,否則,像3nm和2nm這樣燒錢的制程產線,是很難持續(xù)支撐下去的。

相對于臺積電,三星的良率和出貨量是問題,而對于初來乍到的英特爾來說,另辟蹊徑是一個好的選擇,短期內盡量避免與臺積電的最先進制程正面交鋒,還是要找一些技術和應用突破點,爭取穩(wěn)定住產能、良率和客戶。在過去的一年里,英特爾已經在做類似的事情了,如扶持RISC-V的發(fā)展,與聯(lián)電合作開發(fā)制程工藝等。

?05、結語

在2023年12月舉行的IEEE國際電子元件峰會(IEDM)上,臺積電表示,將在2nm后推出1.4nm制程,預計在2027~2028年量產,按照計劃,其2nm將在2025年量產。

三星緊追臺積電,對外宣布計劃2027年推出1.4nm。

英特爾CEO基辛格則表示,該公司將在今后4年內推出5個制程節(jié)點,目前進展一切如預期。目前,Intel 7已進入量產階段,Intel 4現(xiàn)已量產準備就緒,Intel 3也會按計劃于今年底推出,Intel 20A已經試產,很可能用于生產2025年推出的Arrow Lake處理器,Intel 18A將在2025下半年量產。

從這三家的先進制程發(fā)展情況來看,決勝戰(zhàn)很可能出現(xiàn)在1nm~2nm制程節(jié)點上,那時,成本、晶體管效能和功率效率方面,臺積電的優(yōu)勢恐怕會弱于現(xiàn)在,三星和英特爾會有更多機會。

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