抗衡臺積電，曙光乍現(xiàn)

在全球半導(dǎo)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(wù)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(dǎo)體企業(yè)，一個是英偉達(dá)，市值已經(jīng)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(dá)股價暴漲之前，臺積電的市值是半導(dǎo)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(fù)到 7000 億美元以上。

英偉達(dá)和臺積電是晶圓代工業(yè)務(wù)模式下的典型企業(yè)，一個設(shè)計(jì)，一個生產(chǎn)，而且都聚焦先進(jìn)制程工藝，珠聯(lián)璧合，成為當(dāng)下半導(dǎo)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(lǐng)域內(nèi)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(lǐng)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(wù)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?yàn)槿绱耍谌蚓A代工廠商中綜合實(shí)力最強(qiáng)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(jìn)入了晶圓代工業(yè)，且投入力度越來越大。

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(jìn)制程工藝技術(shù)上。

臺積電的基調(diào)一直沒變，持之以恒地將晶圓代工業(yè)務(wù)做到極致，特別是在先進(jìn)制程方面，是臺積電投入的重點(diǎn)，每年都會有大量資金砸進(jìn)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(chǎn)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(diǎn)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(lǐng)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(wù)部門，以尋求更多客戶，特別是行業(yè)大客戶的信賴，但從結(jié)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(wù)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(wù)幾乎被無視掉了，而是將主要精力和資源投入到了核心產(chǎn)品 CPU，以及各種新型處理器產(chǎn)品（如手機(jī)處理器和 AI 處理器），但從實(shí)際結(jié)果來看，都不理想，在 CPU 方面，AMD 在過去 5 年里，憑借架構(gòu)和設(shè)計(jì)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(lǐng)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(guān)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(jī)遇期，這也導(dǎo)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(lǐng)下，英特爾大幅調(diào)整了發(fā)展策略，將晶圓代工業(yè)務(wù)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(jié)果如何，估計(jì) 5 年后可以見分曉。

行業(yè)地位此消彼長

總的發(fā)展策略會導(dǎo)致相應(yīng)的結(jié)果，這在臺積電、英特爾和三星晶圓代工業(yè)務(wù)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(qiáng)的變化很明顯，臺積電市占率已經(jīng)提升到 60%，三星下滑明顯，英特爾在十強(qiáng)榜單中進(jìn)進(jìn)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(jīng)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(wù) IFS（Intel Foundry Service）在 2023 年第三季度歷史首次出現(xiàn)在該榜單中，當(dāng)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?yàn)樵摴臼窃?2021 年正式推出 IFS 服務(wù)的，一切才剛剛開始。

綜合以上 3 年內(nèi)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(jīng)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(cè)面體現(xiàn)出這三家廠商晶圓代工業(yè)務(wù)發(fā)展策略所產(chǎn)生的結(jié)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(jìn)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(jìn)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(wù)發(fā)展初期的不穩(wěn)定性。

工藝技術(shù)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(shù)水平的高低。無論是過去還是現(xiàn)在，臺積電的綜合實(shí)力是最強(qiáng)的，特別是在晶體管密度和能效方面，技術(shù)積累的優(yōu)勢短時間內(nèi)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(diǎn)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(diǎn)演進(jìn)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?yàn)榍坝校ㄅ_積電）堵截，后有（英特爾）追兵，未來，三星的晶圓代工業(yè)務(wù)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(shù)對比報(bào)告，主要關(guān)注先進(jìn)制程的晶體管密度、運(yùn)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(qiáng)化版 N3E，晶體管密度達(dá)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(shù)（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)。總體來看，Intel 18A 大幅超越臺積電 3nm 性能還是不太可能。

三星領(lǐng)先臺積電跨入 GAA 架構(gòu) 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(nèi)，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(jìn)制程客戶數(shù)量方面，臺積電也遠(yuǎn)超三星。

還有一點(diǎn)很重要，那就是良率，它直接影響生產(chǎn)成本和客戶認(rèn)可度。

自從進(jìn)入 5nm 制程時代以來，良率一直是三星晶圓代工業(yè)務(wù)所面對的最大問題，特別是在 3nm 制程節(jié)點(diǎn)上，三星率先引入了全新的 GAA 架構(gòu)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(jìn)一步放大。

據(jù) Notebookcheck 報(bào)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(chǎn)后的良率已達(dá)到 60% 以上，不過，現(xiàn)在看來，當(dāng)時過于樂觀了。

今年 2 月，據(jù)韓媒報(bào)道，三星新版 3nm 工藝存在重大問題，試產(chǎn)芯片均存在缺陷，良率為 0%。報(bào)道指出，采用 3nm 工藝的 Exynos 2500 芯片因缺陷未能通過質(zhì)量測試，導(dǎo)致后續(xù) Galaxy Watch 7 的芯片組也無法量產(chǎn)。報(bào)道指出，由于 Exynos 2500 芯片試產(chǎn)失敗，三星推遲了大規(guī)模生產(chǎn)，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(jìn)的策略，主要體現(xiàn)在 GAA 晶體管架構(gòu)上，臺積電的 3nm 依然采用 FinFET。2nm 才會轉(zhuǎn)向 GAA 晶體管，激進(jìn)的結(jié)果就是要在良率方面付出一些代價。

當(dāng)年，英特爾的 10nm 一直難產(chǎn)，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(jīng)過 5 年左右的攻關(guān)，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(chǎn)準(zhǔn)備就緒，Intel 3 也快了。

制造成本深不見底

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

IBS 估計(jì)，一個產(chǎn)能約為每月 50000 片晶圓（WSPM）的 2nm 產(chǎn)線的成本約為 280 億美元，而具有類似產(chǎn)能的 3nm 產(chǎn)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(shè)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(chǎn)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(dá)和高通等少數(shù)幾家。

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

預(yù)計(jì)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(diǎn)制造的小芯片（Chiplet）組設(shè)計(jì)，以降低成本。同時，智能手機(jī)處理器可能會在一段時間內(nèi)保留單片設(shè)計(jì)，因?yàn)橄冗M(jìn)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(nèi)。

2023 年，蘋果公司占臺積電收入的 25%，為其貢獻(xiàn)了 175.2 億美元營收，英偉達(dá)為臺積電貢獻(xiàn)了 77.3 億美元，占其 2023 年?duì)I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(dá)在臺積電收入中的份額可能會在 2024 年增加，該公司已經(jīng)預(yù)訂了臺積電晶圓代工和 CoWoS 封裝產(chǎn)能，以確保其用于 AI 的優(yōu)質(zhì)處理器的穩(wěn)定供應(yīng)。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(jìn)制程，否則，像 3nm 和 2nm 這樣燒錢的制程產(chǎn)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(nèi)盡量避免與臺積電的最先進(jìn)制程正面交鋒，還是要找一些技術(shù)和應(yīng)用突破點(diǎn)，爭取穩(wěn)定住產(chǎn)能、良率和客戶。在過去的一年里，英特爾已經(jīng)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。

結(jié)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(yù)計(jì)在 2027~2028 年量產(chǎn)，按照計(jì)劃，其 2nm 將在 2025 年量產(chǎn)。

三星緊追臺積電，對外宣布計(jì)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(nèi)推出 5 個制程節(jié)點(diǎn)，目前進(jìn)展一切如預(yù)期。目前，Intel 7 已進(jìn)入量產(chǎn)階段，Intel 4 現(xiàn)已量產(chǎn)準(zhǔn)備就緒，Intel 3 也會按計(jì)劃于今年底推出，Intel 20A 已經(jīng)試產(chǎn)，很可能用于生產(chǎn) 2025 年推出的 Arrow Lake 處理器，Intel 18A 將在 2025 下半年量產(chǎn)。

從這三家的先進(jìn)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(diǎn)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(jī)會。