决战3nm —— 三星和台积电谁会最先冲过终点线?

电子产品世界

2021年10月25日 10:34

随着近年来芯片制造巨头在半导体产业中的地位日益凸显，先进制程正成为全球各国科技角力场的最前线。而最新的战火，已经烧到3nm制程。

TrendForce数据最新显示，目前台积电的市场份额接近52.9%，是全球最大的芯片代工企业，而三星位居第二，市场份额为17.3%。

在近几个季度的财报会议上，台积电总裁魏哲家就透露，3nm晶圆片计划今年下半年风险试产，明年可实现量产。而三星也一直对3nm工艺寄予厚望，不仅在多年前就已开始投入研发事宜，更在今年上半年宣布预备投入1160亿美元研发和生产3nm制程，以期赶超台积电。随着3nm制程工艺的竞争大幕拉开，两大巨头的竞争态势再度引发关注。

三星3nm杀到

在10月7日举行的全球年度晶圆代工论坛上，三星公布了其最新的工艺进展和路线图。三星代工业务负责人在本次论坛上透露，公司首批3nm芯片将于2022年上半年开始生产。3nm工艺上分为两个版本，其中3GAE(低功耗版)将在2022年年初投入量产，3GAP(高性能版)则会在2023年年初批量生产。

三星方面表示已确保3nm制程工艺有稳定良率，计划在明年6月份开始量产及代工相关产品，并采用新工艺：为了在半导体制程工艺上追赶上台积电，三星在3nm工艺的研发当中率先引入了全新的GAA(Gate-all-around，环绕栅极)技术。

相比于FinFET晶体管技术，GAAFET架构的晶体管提供更好的静电特性，这样漏电功率会降低，从而功耗降低。三星还表示，与5nm制程相较，GAA制程技术将使得芯片面积可再减少35%，性能可提高30%或功耗降低50%。

2nm工艺没有出现在公开路线图上，但是三星代工市场策略高级副总裁MoonSoo Kang透露，2GAP工艺会在2025年量产。这是三星第一次透露2nm工艺的规划，但三星也警告说，新工艺进度还要看客户的规划和部署。

如此雄图，无疑也将竞争的矛头直接指向了目前芯片制造领域的霸主——台积电。

台积电的强势回应

而在三星的步步紧逼之下，台积电自然不甘示弱。台积电CEO魏哲家最新公开表示，台积电3nm N3将在今年内风险性试产，2022年下半年大规模量产，2023年第一季度获得实际收入。

台积电N3 3nm工艺将是N5 5nm之后的全新节点，号称经过密度可增加70％，同等功耗下性能可提升10-15％，同等性能下功耗可降低25-30％，并且使用更多层的EUV光刻(不低于N5 14层)，因此更加复杂化，整个工艺流程的工序超过1000道。

N3还会衍生出一个N3E版本，可以视为增强版，有更好的性能、功耗、良品率，同时设计和IP上完全兼容N3，2024年量产。

而台积电的N2 2nm工艺一直比较神秘，官方此前只是确认会考虑使用GAAFET(环绕栅极场效应晶体管)，但从未明确是否真的上马。按照魏哲家的最新说法，N2工艺将在2025年量产，并强调无论集成密度还是性能都是业内最好的，但未给出具体指标。

之前预计台积电2nm 2024年就能量产，结果现在节奏也放缓了，和三星基本同步，就看谁的表现更好了，当然还有高昂的成本问题。

当然，在芯片没有交付之前，一切都是计划，而有时候计划赶不上变化，所以最终如何，还是让时间来证明了。

三星和台积电的制程竞争

三星与台积电首次在先进制程上的竞争可以追溯到14nm制程时代，当时三星因为取得了FinFET技术工艺的领先，率先推出了14nm抢走了苹果订单，给台积电很大的压力。不过，2016年苹果A10处理器订单又被由台积电抢回，而三星此后再未独自吞下过苹果A系列处理器订单。

需要注意的是，当时三星的整合(IDM)模式跟台积电这种专职代工生意的厂商不同，三星自己的终端业务跟很多其芯片代工的客户形成了竞争，这也让一些客户转向台积电。

因此，2017年5月三星正式宣布调整公司业务部门，将晶圆代工业务部门从系统LSI业务部门中独立出来，成立三星电子晶圆代工厂，主要负责为全球客户制造逻辑芯片，从而与台积电进行纯晶圆代工正面竞争。这让三星在2018年的晶圆代工业务营收达到100亿美元，市占率冲上14%，全球份额跃升至第二。

2019年4月，三星公布“半导体愿景2030”发展蓝图，准备在10年内投资1160亿美元，录用15000名专业人才，以期在2030年前大幅提升在晶圆代工市场竞争力，并在2030 年超越台积电，登上产业龙头。

目前三星的5nm芯片，已经有高通、IBM、AMD、nvidia等客户了，如果三星真的能够领先台积电，预计还能够再吸引到更多的客户。现在，三星想采用GAA技术早于台积电推出3nm技术。

与此同时，三星的表现也非常抢眼。第三季度初步财报显示，受内存价格上涨、苹果新机面板订单原因推动，三星三季度营业利润增长28%，创近三年来新高。第三季度营收预估为73万亿韩元，年增9%，利润达15.8万亿韩元(约合133亿美元)，略低于市场预期，但仍是2018年第三季度以来的最高单季表现。

10月14日，台积电披露了2021年第三季度业绩，报告期公司实现合并收入为新台币4146.7 亿元（约人民币950亿元），增长11.4%。台积电第三季5nm制程比重约18%，7nm制程比重约34%，包括5nm及7nm的先进制程比重约52%。

三星与台积电的制程热战持续之际，也让后续梯队与两大巨头的差距越拉越大。除台积电与三星外，TrendForce排名显示，目前位居全球芯片代工份额第三至第五位的为联电、格罗方德、中芯国际，其中，联电与格罗方德的份额各为7%，中芯国际仅为4%。

份额的弱势也让在上述厂商在先进制程上的投入更趋无力。早在2018年，联电与格罗方德其实已经相继退出了7nm制程竞争，目前联电的主力产线在14nm，格罗方德则为28nm，二者都选择了更保守的竞争策略。目前在7nm及以下制程领域，全球只有台积电与三星有能力继续挺进，延续摩尔定律。

对于代工厂商而言，率先将先进工艺量产，并且保证性能稳定是抢占市场份额的关键。

目前三星在产能与良率方面和台积电仍有一段差距，这种差距是短期内无法改变的。统计数据显示，三星在2020年的晶圆月产能约为2.5万片，而台积电则为14万片，尤其是在目前最前沿的5nm制程方面，三星晶圆月产能约为5000片，而台积电约为9万片。在产能方面，台积电还具有动态调配生产线能力，可以将产能利用率提高到110%~120%，这是三星所不具备的。

在最新通报会上，台积电表示，由于5nm需求强劲，该公司5nm系列在2021年的产能扩充计划比2020年会翻倍，2022年将比2020年增长3.5倍以上，并在2023年达到2020年的4倍以上。

而在良率方面，台积电的新制程接单标准是一般不低于75%，在14nm等成熟的工艺线，良率则能保证达到95%~98%。这也让台积电的优势更为巩固。

据韩国媒体引述多家供应商报道，由于三星迟迟未提高5nm的产品良率，使得三星在5nm产线的构建与客户抢夺上也陷入被动。

不出意外的话，苹果A16芯片以及A17芯片，都将由台积电代工。该订单将确保台积电在先进工艺赛道获得领先，当然，台积电新工艺对于苹果而言，也有相当大吸引力。

虽然三星制程工艺紧咬台积电，但业内人士都明白，就效果而言，三星和台积电水准并不是很接近。

并且今年今年芯片产能紧张，供应链服务费用全面上涨，但台积电只给苹果费用上调了3%，对比之下，其他厂商都是上调15%到20%。

按照三星半导体业务占据三星电子36%的份额计算，三星半导体芯片的势头就已经非常强劲了，更何况在今年三星半导体业务占据整个三星营收利润的一半左右。这样来看，在2021年三星芯片代工厂确实是一大亮点，而且还有望延续到2022年，不至于让台积电一枝独秀。

不得不说，自10nm、7nm工艺三星落后于台积电后，三星就已经与台积电杠上了，而到了5nm芯片工艺三星又屡次受到挫败，如今为了赶超台积电，三星在3nm芯片工艺又和台积电杠上了，而且这一次在先进制程工艺上三星有点要跑赢台积电意思。

总的来说，虽然3nm芯片还没有出来，谈三星赶超台积电为之尚早，但如果三星能在3nm芯片工艺扳回，那意味着全球芯片很可能将再次迎来变局。未来芯片代工领域一哥的位置，也极有可能会易主。大家认为呢？