造芯江湖沒有永遠的老大
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編輯 | Panken芯東西3月15日報道，近日，據(jù)半導體分析機構IC Insights預測，2022年半導體行業(yè)資本支出將達到1904億美元的歷史新高，比三年前增長了86%。其中臺積電、三星、英特爾預計的資本支出分別將達到420億美元、379億美元和270億美元，三大巨頭占據(jù)了超過50%的資金支出。而在2020年，臺積電資本支出僅為170億美元，三星的半導體支出則是32.9萬億韓元（約合264億美元），雙方資本支出漲幅驚人。此外，去年2月英特爾宣布“IDM 2.0”戰(zhàn)略，計劃重新成為全球芯片制造第一，其英特爾代工服務（IFS）吸引了亞馬遜、高通等客戶，加入先進制程市場爭奪。先進制程研發(fā)進度上，臺積電、三星雙方都宣稱會在今年實現(xiàn)3nm的量產(chǎn)；英特爾的Intel 4工藝將在今年下半年就緒，還計劃在2024年下半年完成18A工藝。從臺積電開創(chuàng)晶圓代工模式至今，全球芯片半導體產(chǎn)業(yè)在垂直分工合作模式下高速發(fā)展，晶圓代工業(yè)也歷經(jīng)幾番風云變幻。如今，新的戰(zhàn)火正在愈燃愈旺，隨著英特爾再度拾起代工大業(yè)，晶圓代工江湖或將被三大頂尖芯片制造巨頭重新劃分地盤。本文福利：芯片代工巨頭再發(fā)力，芯片代工行業(yè)經(jīng)歷了怎樣的風云變遷？推薦深度研報《晶圓代工行業(yè)密碼》，可在公眾號聊天欄回復關鍵詞【芯東西135】獲取。
01.英特爾稱霸制程馬拉松前半經(jīng)濟學維度摩爾定律已經(jīng)失效
▲摩爾定律的經(jīng)濟規(guī)律（圖片來源：中國360度****講座，黃節(jié)PPT）
摩爾定律的經(jīng)濟學維度是如今各類電子設備越來越便宜的原因，如果汽車工業(yè)也遵循摩爾定律，如今1美分就可以買到蘭博基尼跑車。但對于半導體行業(yè)內(nèi)的玩家來說，摩爾定律的經(jīng)濟維度背后卻是一場數(shù)十年的馬拉松。為了滿足摩爾定律，半導體廠商必須每18個月提升一倍晶體管密度。對半導體制造來說，這意味著廠商們必須馬不停蹄地完成設計、產(chǎn)線、系統(tǒng)產(chǎn)品的迭代和良率調(diào)教，并從現(xiàn)有制程中獲得足夠推進到下一制程的利潤。芯片制造廠商如果從這一競賽中掉隊，就意味著自身與市場上的頂尖公司出現(xiàn)代差，而無法獲得先進制程帶來的晶體管成本優(yōu)勢和市場定價權，從而落后于競爭對手。隨著摩爾定律的門檻越來越高，先進制程的研發(fā)、產(chǎn)線的建設支出成本越來越高，經(jīng)濟維度的摩爾定律已經(jīng)失效。IBS數(shù)據(jù)顯示，最先進的3nm工藝開發(fā)將耗資40億至50億美元，而興建一條3nm產(chǎn)線的成本約為150億-200億美元。從整個芯片制造行業(yè)來看，能夠跟上先進制程發(fā)展的公司越來越少，只有寥寥數(shù)家能夠跟上這場馬拉松。作為摩爾定律的開創(chuàng)者，英特爾直到2014年都一直領跑半導體行業(yè)。英特爾如今最大的競爭對手，則是一家成立于1987年的中國臺灣公司。這家臺灣公司用一種新的商業(yè)模式，改變了整個半導體行業(yè)的格局。02.臺積電創(chuàng)建代工模式三大巨頭聚首芯片制造
▲半導體產(chǎn)業(yè)的逐步分化（圖片來源：中國360度****講座，黃節(jié)PPT）
1987年，張忠謀創(chuàng)建臺積電，開辟晶圓代工模式。張忠謀曾工作于美國模擬芯片巨頭德州儀器（TI），作為德州儀器的第一個華裔員工，他在德州儀器時最高任資深副總裁，是德州儀器的第三號人物。作為少有的華人高管，張忠謀無論在技術還是商業(yè)上都有著獨到之處。在技術上，張忠謀將德州儀器為IBM代工的電晶體良率從2%-3%提升至20%以上，甚至超過了IBM自有的產(chǎn)線。而在商業(yè)上，其通過毫不留情的降價策略，成功在當時將英特爾逼出了TTL市場。
▲當時媒體報道張忠謀的報紙（圖片來源：中國臺灣玉山科技協(xié)會20周年慶祝大會暨論壇，張忠謀PPT）
根據(jù)張忠謀的說法，1984年，他任通用儀器的總裁，一位資深行業(yè)人士想要創(chuàng)業(yè)成立一家半導體公司，就找到張忠謀希望獲得5000萬美元的投資。3周后，張忠謀再給他打電話，發(fā)現(xiàn)他只專注芯片設計，不建半導體工廠，用自己積蓄的500萬美元就成功創(chuàng)業(yè)，不再需要投資。這是張忠謀首次聽說有專門做芯片設計的公司，既然有專門做設計的公司，就可以有專門做晶圓制造的公司。他這個想法最終成就了如今的晶圓制造霸主臺積電。這種代工模式推出之初并不被看好，英特爾等公司拒絕投資，張忠謀只是通過關系拿到了英特爾的一些訂單勉強生存。盡管誕生艱難，在半導體全球化的背景下，這種代工模式漸漸體現(xiàn)出了優(yōu)越性。對于當時占據(jù)市場優(yōu)勢的美國半導體公司，它們可以實現(xiàn)輕資產(chǎn)的運營方式，減少自身資本支出，并獲得專業(yè)芯片制造企業(yè)的工藝優(yōu)勢。對于芯片代工企業(yè)來說，其自身的產(chǎn)線不用再跟隨產(chǎn)品的迭代不斷遷移，在一個較為通用的制程中可以持續(xù)生產(chǎn)，維持并改進自身的良率，從芯片制造環(huán)節(jié)獲得更多的利潤。對于電子產(chǎn)業(yè)的下游系統(tǒng)廠商，它們創(chuàng)建時不用再考慮背負一個半導體工廠，可以靈活地選用不同的代工廠商。此后，聯(lián)電轉為純代工廠；AMD的半導體制造業(yè)務被中東阿布扎比財團買下，成為了現(xiàn)在的格芯；2005年，已成為存儲芯片霸主的三星也和IBM、特許半導體結盟，進入晶圓代工領域，代工江湖格局初定。2019年，北京蘭璞資本創(chuàng)始合伙人、前英特爾中國區(qū)董事總經(jīng)理黃節(jié)在中國360度****講座上評價道，這種晶圓代工的模式幫助塑造了如今華為、中興等后來創(chuàng)建的企業(yè)，改變了全球電子產(chǎn)業(yè)的格局，是一個革命性的變化。
▲格芯全球各地的晶圓廠（圖片來源：格芯官網(wǎng)）
03.三星、臺積電爭奪蘋果訂單英特爾代工業(yè)務首登場
▲蘋果2007年-2009年四款芯片參數(shù)（圖片來源：知乎用戶智曉生）
▲三星Galaxy S手機（左），蘋果iPhone 4（右）
值得注意的是，在這場官司期間，蘋果的A5、A5X、A6、A7芯片還是只能由三星來代工。為了避免對三星供應的依賴，蘋果開始接觸臺積電。據(jù)悉2010年，時任蘋果運營副總裁Jeff Williams赴臺與臺積電前任董事長張忠謀及其夫人共進晚餐，在晚餐中雙方談論了一起合作的可能性。2011年，臺積電2011年底派出近百人的“One Team”奔赴美國蘋果總部，解決了A6芯片的設計問題，并幫助蘋果處理了專利認證問題。2013年，蘋果向三星和臺積電雙方都下達了用于iPhone 6的A8芯片訂單。最終，臺積電完美實現(xiàn)了蘋果的要求，其產(chǎn)品被Jeff Williams稱為“Perfect（完美）”。而在之后用于iPhone 6s和iPhone 6s Plus的A9芯片中，三星更先進的14nm制程在功耗和能耗中輸給了臺積電。因此A9之后，每一代蘋果芯片訂單都被臺積電所拿下，蘋果、臺積電聯(lián)盟就此成立。
▲蘋果A9芯片在手機中的示意圖
這一場三星、蘋果和臺積電三家廠商的故事由于太過精彩，被外媒形容為“看一部標準三角戀意大利歌劇”。在三星和臺積電暗中爭奪蘋果這個大客戶時，英特爾也在暗自籌備代工業(yè)務。2010年11月，英特爾公布了其首個芯片代工用戶美國FPGA創(chuàng)企Achronix Semiconductor。根據(jù)雙方協(xié)議，英特爾將為Achronix Semiconductor生產(chǎn)22nm的FPGA。之后，又一家美國FPGA創(chuàng)企Netronome成為英特爾22nm制程的客戶。制程工藝上，英特爾繼續(xù)發(fā)力。2011年，英特爾量產(chǎn)了全球第一個3D柵極晶體管，將芯片制程推進到32nm，領先于臺積電和三星。黃節(jié)透露，彼時，英特爾根據(jù)死亡谷理論，認為只有營收破百億美元的公司才能趕上自己的步伐，而臺積電在營收和凈利上都有所不足，三星只能說有能夠追趕英特爾的可能。2013年，英特爾代工業(yè)務迎來重要突破，F(xiàn)PGA芯片巨頭Altera和英特爾達成14nm的代工協(xié)議。Altera成立于1984年，當時其年銷售額達40億-50億美元，是臺積電的前五大客戶，Altera和臺積電的合作時間已持續(xù)了20年之久。當時臺積電的舉動也能夠說明Altera的重要性。據(jù)臺媒報道，在英特爾與Altera宣布合作時，中國臺灣地區(qū)為凌晨5點。英特爾和Altera的合作宣布后不到五分鐘，臺積電就發(fā)布了主題為臺積電與Altera合作關系不變的新聞稿。張忠謀也稱：“倘若沒有Altera如此優(yōu)異的客戶作為伙伴，就無法成就臺積電今日的地位?！?/span>據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，這是因為臺積電給予了另一家FPGA巨頭賽靈思同樣的合作地位，使得Altera和臺積電的關系惡化。2015年12月，英特爾以167億美元的高價收購了Altera公司，成為了其公司歷史上的最大交易。
04.三星正陷入良率陷阱英特爾誓要重奪龍頭地位
▲高通驍龍888和888+的參數(shù)（圖片來源：AnandTech）
據(jù)臺媒報道，高通計劃將下一代3nm處理器的訂單交給全球晶圓代工龍頭臺積電，而目前正由三星代工的4nm驍龍8處理器訂單也將轉移到臺積電。近日，韓媒也爆料稱，由于自身的散熱和良率問題，三星正進行內(nèi)部審查。重要客戶高通再次轉向臺積電，對于正陷入良率問題的三星來說，可能是一個危險的信號。同時，由于疫情和地緣政治等因素，全球發(fā)生缺芯問題，半導體市場快速擴張，制造端話語權不斷變大，英特爾也重新殺回了代工江湖。去年2月，英特爾的新任CEO基辛格上任后，宣布“IDM 2.0”戰(zhàn)略，借助缺芯東風，在歐美大肆圈地建廠。今年1月份，英特爾宣布在美國俄亥俄州投資200億美元建設兩座新的晶圓廠，計劃于2025年投產(chǎn)，且未來的投資金額可能增至1000億美元。之后，英特爾又啟動了10億美元的基金以發(fā)展代工廠創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，并正式推出了IFS（英特爾代工服務）加速器這一生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟，為其代工服務建立上游的開放、合作生態(tài)。
▲英特爾收購高塔半導體后的代工服務與制程路線圖（圖片來源：英特爾2022年投資者大會）
今年2月，英特爾又宣布以54億美元收購全球第九大晶圓代工廠商高塔半導體（Tower semiconductor），展現(xiàn)了英特爾在代工領域的決心。更有外媒透露，英特爾將開放x86架構授權，以吸引客戶采用其代工服務。三星、臺積電同樣動作頻頻，分別在先進封裝和人才大力投資。3月13日，據(jù)韓媒報道，三星電子在DS（半導體事業(yè)暨裝置解決方案）事業(yè)部內(nèi)新設立了測試與封裝中心（TP） ，加大先進封裝上的投資，和臺積電進行競爭。臺積電則開始大力招募人才，解決芯片人才荒問題。臺媒披露，臺積電新一輪校招活動已啟動，計劃今年招聘超過8000名新員工。其中，碩士畢業(yè)生入職工程師的平均年薪可達200萬新臺幣（約合45萬人民幣）。臺積電、三星、英特爾三大巨頭即將重新會首代工江湖。05.結語：三星/英特爾/臺積電加大投資力度先進制程競爭進入白熱化
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