[原创] 台积电与三星的新战场
2020-10-27
14:00:04
来源: 半导体行业观察
在半导体先进制程工艺方面，特别是行业进入14nm时代以后，玩家迅速减少，本来是英特尔、三星和台积电三足鼎立的局面，但由于在过去5年里，英特尔在工艺技术进度方面的不给力，一再延误，使得近两年10nm及更先进制程市场，不见了三足鼎立的局面，只有三星和台积电两强在争。
不仅如此，前些年进军晶圆代工市场的英特尔，市场拓展速度缓慢，同时，由于自身先进制程技术不够成熟，再加上其整体芯片制造产能未能跟上市场需求的步伐，在2019年出现了CPU大缺货的局面，这也在客观上给了AMD迅速追赶的机会。为了遏制这一态势，近一年来，英特尔正在认真考虑将更多的芯片，特别是其核心产品CPU外包代工生产，而具备接单实力的厂商，也只有台积电和三星了。
英特尔在2020年第二季度财报中曾经提到，该公司基于7nm的CPU相对于预期计划大约滞后了6个月，这将最初计划2021年底推出7nm芯片的时间节点延期到至少2022年。
最近，关于英特尔已向台积电下单代工7nm（或6nm）芯片的声音不绝于耳，虽然近期该公司高管公开表示，外包代工的合作伙伴还没有最终确定，仍在斟酌和考察当中，但就目前业界仅剩台积电和三星这两家具备7nm制程工艺量产能力的状况来看，英特尔的选择余地很小，更何况台积电的7nm要比三星的成熟，且良率更好。
而据台湾地区媒体报道，英特尔近期已与台积电达成协议，预订了台积电明年18万片6nm 芯片产能，据估算，这批芯片外包代工业务或超过200亿美元规模，如果情况属实的话，这将成为台积电失去华为这一大客户之后的一笔新增大单，在订单方面并不发愁的台积电，后续压力是如何满足迅速扩大的产能需求。
昨天，有消息称，英特尔首席架构师Raja Koduri下周将在三星的“高级代工生态系统”（SAFE）论坛会议上发表“2025年人工智能将增加1000倍算力”的演讲。此前，Raja Koduri在推特上贴了一张去年到访韩国三星工厂的照片，引发了有关英特尔将使用三星为其Xe显卡芯片提供代工的传言。考虑到英特尔最近明确宣布将把某些芯片外包生产，却仍未透露该策略的详细情况，这让Koduri与三星最近的互动变得意味深长。
相信台积电和三星都非常渴望拿到英特尔的订单，因为这会给它们带来十分可观的收入，同时，也会使整个半导体业对其实力和影响力的认知有更近一步的提升。特别是三星，自从进入10nm时代以后，其与台积电的竞争一直处于下风，若能拿到英特尔的大单，无疑是一种振奋，可进一步增强其今后与台积电竞争的底气和决心。
前些年，作为巨无霸级别的IDM，三星一直觉得其晶圆代工业务水平还不够好，视行业霸主台积电为“眼中钉”，并通过大力投资、挖人等措施，不断完善其晶圆代工技术能力和客户认可度。最为重要的是，为了提升竞争效率，三星于2017年宣布将其晶圆代工业务独立了出来，目标直指台积电。
2015~2016年，随着三星晶圆代工先进制程能力的逐步成熟，其从台积电那里夺得了不少大客户订单，收入颇丰。彼时的智能手机市场处于平台期（开始出现衰退，但对相关产业链的影响有滞后效应），对于相关芯片的需求量还是比较旺盛。这两方面的因素，使得三星Foundry在2016年出现了大幅度的增长。
而到了2016~2017年，随着台积电先进制程的进一步成熟，三星Foundry部分大订单又被台积电抢了回去；此外，全球智能手机市场全面衰退，其负面效应也开始显现，对相关先进制程芯片的需求大减。这两个因素导致三星Foundry业务在2017年销售额同比增幅（4%）大幅下降。
先进制程方面，相对于三星，台积电长期处于领先地位。台积电在2011年便攻克了 28nm HKMG制程，之后先进制程发展迅速，其7nm制程已于2018下半年实现量产，2019年收入占比将超过20%。5nm于2019年4月进行风险试产，2020年实现量产。而三星只在14nm节点处领先于台积电量产，之后的10nm、7nm和5nm都落后于台积电。不过该公司将赶超的希望寄托在了3nm上，具体进度如何，还需要在接下来的两三年里观察。
总体来看，台积电在良率和稳定性方面有明显优势。为了提升竞争力，三星调整了晶圆代工的业务结构，而台积电在不断巩固自身的优势。
经过拆分以后，三星的晶圆代工业务市场排名由原来的行业第四上升到了第二，不过，其市场份额与台积电仍有很大差距，若能拿到英特尔的大单，无疑会缩小这种差距。实际上，在2019年，业界就传闻英特尔在考虑找三星为其代工生产14nm制程的CPU。
自2015年正式推出14nm制程后，英特尔已经对其依赖了5年的时间，该制程也为这家半导体巨头带来了非常可观的收入。从Skylake（14nm）、Kaby Lake（14nm+）、Coffee Lake（14nm++），到2018年推出的14nm+++，该公司一直在保持对14nm制程的更新。而英特尔原计划在2016年推出10nm，但经历了多次延迟，2019年才姗姗来迟，从这里也可以看出该公司对14nm制程的倚重程度。
同为14nm制程，由于英特尔严格追求摩尔定律，因此其制程的水平和严谨度是最高的，就目前已发布的技术来看，英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级。
这里还可就具体的参数指标，与三星和台积电做个比较，英特尔于2014年发布了14nm制程，其节点每平方毫米有3750万个晶体管，台积电16nm制程（该公司没有14nm制程，但其16nm与市场上的14nm同级）节点每平方毫米约有2900万个晶体管，三星14nm节点每平方毫米约有3050万个晶体管。此外，英特尔的14nm节点栅极长度为24nm，优于台积电的33nm，也优于三星的30nm。英特尔14nm节点的鳍片高度为53nm，优于台积电的44nm，以及三星的49nm。
2019年5月，英特尔称将于第3季度增加14nm制程产能，以解决CPU市场的缺货问题。
然而，英特尔公司自己的14nm产能已经满载，因此，该公司投入15亿美元，用于扩大14nm产能，称可在2019年第3季度增加产出。其14nm制程芯片主要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产，海外14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24。
三星于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程，先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电。
前面提到，英特尔的14nm产能吃紧，已经难以满足市场需求，在这样的背景下，2019年6月，有媒体报道称，三星和英特尔正在就14nm Rocket Lake芯片的生产进行谈判。
自2018年下半年以来，英特尔在升级和建立用于生产10nm芯片的新生产线方面投入了大量资金，但要想扩大规模还需要几年时间。在此期间，英特尔必须提高其14nm芯片的产量。因此，传闻它将一部分CPU转由三星代工，希望能够解决产能不足的问题。
由于存储芯片市场疲软，对三星的营收产生了很大影响，因此，三星的晶圆代工产能利用率下降，想寻找新客户，英特尔是其主要的争取对象。
当时有报道称，三星将于2020年第四季度开始大规模生产英特尔的14nm Rocket Lake芯片，如果此言不虚的话，三星制造的首款CPU将于2021年上市。
近些年，三星一直在积极投资以扩大晶圆代工业务，并表示要在 2030 年前超越台积电成为代工业的领头羊。对此，有分析师认为，尽管三星在短期内难以实现这样的目标，但是有望从台积电手中夺得部分市占率。
相对于台积电而言，三星在资金筹集方面具有优势，因为该公司能够通过其他业务部门的获利来进行投资，如智能手机和存储芯片部门。
目前，全球市场8英寸晶圆供给缺口近二成，使得相应代工产能非常吃紧，涨价声音不断。据悉，三星正考虑针对旗下的8英寸晶圆厂进行投资，以提高生产效率，满足市场需求。
目前，三星旗下的12英寸晶圆产线为全自动化生产，即在无尘室中借助架设在高处的运输系统移动晶圆盒。不过，8英寸晶圆盒仍然由工作人员用搬运车运送。不仅是三星，其他晶圆代工企业也是如此。
8英寸晶圆代工紧俏之际，三星考虑针对8英寸产线进行自动化投资，由人工运输改为机器运送。据韩国媒体《TheElec》报道，三星已经在部分8英寸晶圆厂的产线测试自动化运输设备，且已取得了不错的效果。
产线的自动化升级能提高生产效率，却也有着不菲的成本。据三星估计，如果要在所有8英寸晶圆厂中导入自动化运输设备，可能需要斥资超870亿美元。
花费大笔资金改造老旧产线，能否产出与之匹配的效益？三星的这一投资计划也遭到了部分员工的质疑。不过，考虑到8英寸晶圆业务占据公司较高比例的营收，三星仍在积极推进这一行动。而台积电的8英寸晶圆业务所占比例较小，如果三星能够抓住这一波市场机遇，则有望缩小与台积电之间的市占率之差。
经过这些年的争夺，台积电和三星已经奠定了业内两强的地位，但二者之间的差距依然很明显，要想缩小差距，三星要做的事很多，而如果能够抓住这一波晶圆代工市场产能短缺的行情，特别是英特尔这笔大单，则未来台积电与三星的争夺战将更具看点。
英特尔将在2021年初宣布其芯片外包决定，而且可能不止一种方案。拭目以待吧。
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