[原创] 芯片产业的逆袭好戏正在上演
2019-11-20
14:00:04
来源: 半导体行业观察
近几年来，终端产品的发展促使半导体行业发生了翻天覆地的变化。在半导体技术的更新迭代当中，一些企业走上了逆袭之路，打破了半导体行业多年来的“平静”。
如三星在晶圆代工市场虽然差距巨大，但依然立起了反超台积电的野心；RISC-V也凭借其开源特性，想打破Arm这些年巩固下来的嵌入式江山；AMD也乘着英特尔受阻而在奋勇追击。其实以上只是整个市场的冰山一角。
晶圆代工，三星的逆袭愿望
众所周知，台积电是最大的晶圆代工企业，凭借占有全球一半的市场份额遥遥领先于其他企业。更是抢先推出了7nm等先进工艺，建立了庞大的“朋友圈”。近日，台积电也公开了其下一步计划——据经济日报消息显示，台南市经发局在12日表示，台积电南科5纳米厂目前已进入试产，预计明年量产，3纳米新厂可望于明年动工，总计5纳米与3纳米投资额达1.15兆元。此外，台积电也强调，不只南科18厂将是历年最大投资金额的旗舰厂，未来5纳米和3纳米也将成台积电营收逾五成的最先进制程，是台湾及全球半导体产业极具重要的生产据点。
据最新消息显示，台积电（TSMC）董事会现已批准约66.2亿美元的资本拨款，用于建设新的晶圆厂，安装和升级具有先进技术能力和先进封装能力的设备，还有2020年第一季度的研发投入和持续资本支出。台积电董事会还批准了用于2020年上半年资本化租赁资产的资本拨款约1.061亿美元。
本来在台积电市场份额遥遥领先，技术也没有落后的时候，大多数人以为没有太多机会的情况下，三星却来势汹汹。
作为追赶者的三星，自2017年将其晶圆代工独立出来，就一直在试图抢占台积电的市场份额。据日本经济新闻11月12日报道显示，三星计划建立以“极紫外光刻”（EUV）为核心的量产体制，预计该计划将持续10年，力争在代工业务上赶超台积电。对此，三星副会长李在镕表示，公司每年会在该领域的生产设备和研发上投入1万亿日元。作为比肩半导体存储器业务的收益支柱，三星计划把代工生产业务打造为世界第一。
在三星第三季度的电话会议中，三星方面也提及了他们在晶圆代工方面的进展——三星表示他们的7nm EUV工艺将在Q4量产。此外，据韩媒报道显示，三星今年下半年将开始量产 6 纳米产品，明年上半年开始量产 5 纳米产品。 据悉，其5nm EUV工艺已经完成了流片，并且获得了新的客户订单，但是三星没有公布具体信息。5nm之后，三星还有改进版的4nm工艺，三星提到他们正在建设4nm晶圆厂的基础设施。此外，在三星今年的代工论坛上，他们也宣布 2021年3纳米产品量产路线图，将导入 GAA(Gate-All-Around) 工艺，采用新一代的晶体管架构。据悉，三星目前已将3纳米 GAE(Gate-All-Around Early) 工艺设计Kit发送给了客户。
按照三星的路线图来看，他们正试图通过利用EUV技术来与台积电在晶圆代工上进行竞争。另外，也有业界人士分析，三星在3nm工艺上采用了新的晶体管架构，加上EUV技术的加持，3nm将成为三星反超台积电的关键节点。
同时，在第三季度的财报上李在镕也再次强调其在晶圆代工上的目标：“继存储器之后，在包括代工生产在内的系统半导体业务领域也必将成为世界第一”。今年早些时候，据今年4月三星电子发布的系统半导体发展规划“半导体愿景2030”显示，三星计划至2030年在韩国投资73兆韩币，生产设备投资达60兆韩币，共133兆韩币，计划招聘系统半导体研发及制造专业人才1.5万名，期待提升系统芯片业务竞争力。
但根据市调机构报道，台积电和三星电子在2019年第三季度晶圆代工的市占比例分别为50.5％和18.5％，较上一季度，差距进一步拉大3%。以此看来，三星要想在晶圆代工领域上实现逆袭，并不是一件容易的事。
叫板索尼，三星谋划CIS
作为韩国的产业担当，三星的半导体野心不止晶圆代工，CMOS图像传感器市场龙头也是他们想冲击的一个目标。众所周知，在这个领域，领头羊索尼同样凭借超50%的市场份额稳坐钓鱼台。但三星作为市场中的第二名，也尝试撼动索尼在该领域中的地位。
三星在CIS领域的突破点在于智能手机对于摄像头的需求。根据南韩媒体《KoreaBusiness》的报导显示，LG所推出的智能手机V50S SynQ 前置摄影镜头，采用的就是三星的3,200 万像素图像传感器。报导还指出，三星的系统业务部已经确定LG 将成为其长期稳定客户之一。另外，受益于小米，Vivo和OPPO等中国合作伙伴的需求量增长，让三星的图像传感器业务有了挑战索尼的基础。
在产品方面，2019年5月，三星正式发布了全球首款6400万像素手机摄像头CMOS——ISOCELL Bright GW1。此外，三星还推出了ISOCELL Bright GM2传感器，4800万像素。据雷科技的报道显示，两者都采用了0.8μm单位像素尺寸，并将在下半年投入量产。另外，在汽车图像传感器市场，三星也有所图，据相关报道显示，三星已于8月开始批量生产业界首个 1,800 万像素图像传感器，且 2018 年 9 月开发的业界首款 0.7 微米超紧致型行动图像传感器，并已在 2019 年实现了大量生产。
三星在上月底公布第三季财报时也强调了CIS的重要性，据三星电子在第三季度财报电话会议中显示，为了满足不断增长的CIS需求，三星审查了半导体产能的总体优化，并计划从2020年第一季度开始提高CIS的产能。由于这种优化工作，三星预计给定的存货将在2020年上半年恢复正常。同时，三星也表示将继续管理资本支出以灵活地应对不断变化的市场状况，同时仍致力于中长期投资。
据《日经》报道，自2018年，SONY的图像传感器市占率已逾50%，公司也有12年没有自建新厂。但SONY表示，随着未来5G网络普及，在无人车与工厂自动化方面，对图像传感器的需求只会更高。为此公司宣布，将在下一个会计年度投入1,000亿日元（约合9.18亿美元）建厂扩产，并最快将于2021年4月开始的会计年度投入生产。
目前，SONY每个月的产能为10万，SONY希望能在2021年3月时，把产能提升至13万。这一方面固然与公司看到的市场需求有关；另一方面，相信与三星的追赶也有一定的关系。
AMD ：万年老二的逆袭
AMD与Intel，这又是一个存在已久的故事。但时至今日，似乎现状又有了新的变化。
根据德国最大的PC零售商之一MindFactory公布的10月份CPU处理器的销售统计报告显示，当月AMD处理器在MindFactroy占据着多达78％的份额，3.5倍于Intel。另外，来自韩国渠道商的统计显示，今年第三季度，AMD处理器的销量历史上首次超过了英特尔，双方份额分别是51.3%和48.7%。
同时，在这份报告中还有数据显示，三代锐龙在AMD总收入中占74%。由此可见，三代锐龙是AMD超越Intel的制胜法宝。据网易科技消息显示，有分析师称，锐龙3000处理器首次在工艺及性能方面都赢过了Intel处理器，尤其是在单核性能，AMD公布的数据显示锐龙3000处理器单核性能比酷睿i9-9900K都要强，虽然只高了1%左右。
此外，在第三季度中，AMD还推出了第二代AMD EPYC（霄龙）处理器。据其官方资料显示，AMD是第一家推出基于7nm技术的x86架构服务器处理器的制造商。第二代AMD EPYC（霄龙）处理器带有加倍核心密度和 IPC 优化，2 倍的整数性能结果，以及AMD之前服务器产品系列的4倍浮点性能。1 基于混合多晶片架构，此第 2 代 AMD EPYC（霄龙） CPU 将处理器内核与输入/输出 (I/O) 晶片解耦，提供独立的制造时间线，并确保两者都能按照自己的步调发展而不会相互制约。据其财报显示，目前谷歌、Twitter、戴尔、HPE、联想均采用了第二代霄龙处理器。
由此两款重磅产品的推出，今年9月，AMD又更新了其CPU、数据中心CPU及GPU架构路线图。据其路线图显示，AMD今年发布了7nm Zen2架构，2020年AMD将发布采用7nm+的Zen3架构，据悉该设计已经完成。
数据中心CPU上，第一代32核的Naples处理器已经上市，目前是64核的罗马处理器，Zen2架构，Zen3架构的是米兰处理器，已经完成了设计，Zen4架构的热那亚处理器。
而在Intel方面，第三季度的财报显示，这个季度Intel的PC业务下滑了5%。但同时，我们也需要注意到，Intel正处于从PC端转到以数据为中心的战略转型中，其多样化的产品组合意味可会拥有巨大的市场潜力。消息显示，Intel在其三季度的财报电话会议中表示，到目前为止，基于其第10代Core (Ice Lake)处理器的18个高级生产系统已经正式推出，预计2019年还将推出12个。从下个季度开始，Intel预计10纳米芯片也将从其位于亚利桑那州的工厂发货，这将增加Ice Lake处理器的供应。这两者之间谁更胜一筹，还远远没有到落槌定音之时。
Intel除了要面对AMD的竞争外，在基础架构上，Intel也要面临着另外一位“A”字头企业的威胁。目前全球的CPU架构，以Intel的x86架构和Arm的Arm架构为两大要角。一直以来，Arm都是以设计低功耗处理器见长，从而受到了移动端的青睐。x86则是在服务器市场以接近90%的市占率，建立了无与伦比的优势。而近几年来，相继有企业投入到了Arm架构服务器的怀抱中，也让业界嗅到了一丝突破壁垒的气息。
Arm服务器芯片蚍蜉撼大树？
正如前文所说，Arm服务器芯片厂商对Intel近乎垄断的市场垂涎已久。而按照厂商的介绍，Arm架构已经具备了进入服务器芯片的能力，众多芯片研发企业开始尝试采用Arm架构来研发服务器芯片。之前的一些报道中有显示，亚马逊、华为都相继发布了基于Arm的服务器芯片。
近期，基于Arm架构的服务器又传来了新的消息。据Marvell官方消息显示，Marvell与微软协力将基于Arm的Thunder X2服务器成功应用于微软的内部工作负荷。 据悉，Thunder X2是Marvell第二代基于Armv8的服务器处理器，支持双路配置，并经过优化以便在Arm服务器上提供最高的计算性能，同时对IO连接、内存带宽及容量进行了平衡。
而日媒11月13日消息显示，Arm正在推进支持服务器的下一代Arm架构——Arm正在逐渐扩展当前的 Armv8架构，最终扩展的顶点被视为是通往Armv9的桥梁：对于Armv9 来说，CPU行业人士曾说过安全扩展是最重要的关键。Arm在Armv8.3之后的阶段扩展中专注于安全性，并被视为迈向Armv9的一步。
除了在架构上进行了升级以外，Arm在去年的TechCon大会上发布了新的Neoverse品牌，还专门为IoT基础设施和服务器芯片制定了明确的未来发展线路图。据半导体行业观察此前的报道显示，Arm目前的Neoverse系列是基于A72和A75内核的Cosmos平台，采用16nm工艺，AWS Graviton处理器就是基于这一平台开发的。Arm承诺未来3年内，Neoverse系列处理器每年将有30%的性能提升。今年的主打平台代号为Ares（古希腊神话中的战争之神）, 2020年是Zeus（宙斯，众神之王）, 2021年则是Poseidon（海王，宙斯之兄）。Neoverse处理器设计最高可以容纳256个内核，具有更快的存储器接口、芯片间互联带宽、安全特性，以及虚拟机等高性能计算所需要的技术。
在今年4月，也有报道显示，Arm投资了服务器芯片公司 Ampere，这进一步体现了他们对这个市场的关注。Ampere是英特尔前总裁蕾妮·詹姆斯在凯雷集团支持下建立并运营的一家公司，致力于Arm服务器芯片领域。Ampere在基于Arm64的基础上构建自己的内核和Ampere自己的设计，其产品可用于存储和服务器的超大规模云处理器。据悉，新公司已经推出了首款Arm服务器芯片。而最近苹果芯片高管创立的NUVIA，相信也是想用Arm服务器芯片从英特尔虎口抢食。
虽然Arm架构一直在不断更新，并不断有服务器厂商采用这种架构。但这依然是一条很漫长的路。据IDC统计数据显示，2019年全球范围内x86服务器达到185亿美元收入，而非x86服务器同比下降13.7％至13亿美元。可见当前x86服务器占据服务器市场主导地位依旧强势。
RISC-V的崛起，Arm如履薄冰？
在Arm试图从移动端走向服务器端的时候，Arm的后院似乎已经起火了。开源架构RISC-V正在以迅雷不及掩耳之势在全球掀起了一股旋风。
作为一款以开源为卖点的芯片，RISC-V拥有很大的优势，这不但吸引了国内的平头哥、芯来科技等一众厂商的高度关注。兆易创新也在早前发布了基于RISC - V架构的MCU。同时，台积电、三星也开展了RISC - V架构相关的代工业务。中国工程院院士、中国开放指令生态(RISC-V)联盟(CRVA)理事长倪光南也表示，中国5G兴起，物联网、大数据、边缘计算、区块链也都在蓬勃发展，对于开源芯片来说，这些都是非常好的应用场景。在新的领域，几种架构都是新进入的，RISC-V会有很大的优势。
他们不但正在修改其授权模式。在今年十月的Arm TechCon 2019上，Arm宣布将在部分CPU内核引入自定义指令功能，即客户能够编写自己的定制指令来加速其特定用例、嵌入式和物联网应用程序。在自定义指令功能中，Arm允许客户可以创建自己的加速算法，然后直接在CPU上运行。目前，Arm已经与许多合作伙伴达成合作以支持自定义指令，包括IAR Systems、恩智浦、芯科科技、ST意法半导体等。
结语
过去的几十年里，科技之所以能够获得翻天覆地的改变，与这些芯片厂商在上游的努力有很大的关系。但从1958年集成电路发明以来，我们也看到了整个产业发生了多次的变迁。无论是市场转变，还是技术创新，或者是对手的并购壮大，甚至是低价竞争。这个产业的从业者无时无刻不在面临着各种各样的挑战。尤其是在这个瞬息万变的时代，如果没能时刻高度关注市场，保持警惕，也许等到你看到变化的时候，这就不再是你所熟悉的那个“世界”。
但对这些厂商来说，在知道自己的挑战者在哪里之余，如何应对，也是保证企业能持续发展的根本。
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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责任编辑：Sophie
