近日，在韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的演講中，三星電子芯片業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Kyung Kye-hyun表示，三星將在五年內(nèi)超越競爭對(duì)手臺(tái)積電，在芯片代工領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。除了三星，重回代工領(lǐng)域的英特爾也放言，在2030年之前成為該市場的第二大玩家。代工市場硝煙起，市場地貌又將如何重塑？

三星放言：5年內(nèi)超越臺(tái)積電

Kyung Kye-hyun表示，當(dāng)下臺(tái)積電在芯片制造方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于三星。他認(rèn)為三星需要五年時(shí)間才能趕上并超過臺(tái)積電，盡管兩家公司目前都在生產(chǎn)3nm半導(dǎo)體，這些技術(shù)的營銷名稱可能相似，但它們在設(shè)計(jì)上完全不同。具體來看，三星使用的是最新的GAA技術(shù)制造晶體管，而臺(tái)積電則依賴成熟的FinFET。

Kyung Kye-hyun補(bǔ)充，使用GAA至關(guān)重要，或成為三星彎道超車的關(guān)鍵。目前三星4nm技術(shù)目前比臺(tái)積電落后約兩年，3nm技術(shù)落后約一年。但當(dāng)臺(tái)積電轉(zhuǎn)向2nm時(shí)，這種情況將會(huì)改變”。業(yè)界消息顯示，臺(tái)積電計(jì)劃在2nm制程時(shí)使用GAA技術(shù)。Kyung Kye-hyun認(rèn)為三星將有機(jī)會(huì)迎頭趕上，因?yàn)榕_(tái)積電預(yù)計(jì)將因新技術(shù)而變得更加困難。

三星發(fā)言人強(qiáng)調(diào)，“客戶對(duì)三星的3nm GAA工藝贊不絕口”，Kyung Kye-hyun表示，“我不能說出任何名字，但幾乎所有知名公司現(xiàn)在都在與我們合作?！迸c此同時(shí)，Kyung Kye-hyun指出，三星也在努力提高其芯片封裝技術(shù)，以保持領(lǐng)先于競爭對(duì)手。

此外，近期業(yè)界人士透露，AMD已將部分4nmCPU芯片訂單從臺(tái)積電轉(zhuǎn)移到三星。據(jù)悉，AMD已與三星電子簽署協(xié)議，或利用三星的4nm節(jié)點(diǎn)來制造其部分移動(dòng)SoC，該消息人士進(jìn)一步指出，三星或?qū)⒅圃霢MD的Chromebook APU。公開資料顯示，代號(hào)“鳳凰”的銳龍7040系列處理器是AMD低功耗筆記本處理器，后綴為U，TDP為15-28W。這些芯片最初定于3月發(fā)布，但尚未進(jìn)入零售市場，暫定發(fā)布日期為2023年5月。

臺(tái)積電、三星激戰(zhàn)2nm

盡管量產(chǎn)2nm芯片依然還需時(shí)日，但此時(shí)此刻，臺(tái)積電、三星電子兩家芯片大廠不約而同的尋求下一代EUV光刻機(jī)，意味著現(xiàn)在“2nm技術(shù)戰(zhàn)”已經(jīng)打響。

“到了未來的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，間距微縮將減緩，硅晶體管似乎只能安全地微縮至2nm，而在那之后，我們可能就會(huì)開始使用石墨烯。”芯片制造的核心軟件EDA巨頭新思科技（Synopsys）研究專家Victor Moroz的這句話道出了2nm技術(shù)的重要性：2nm是硅芯片的最后一戰(zhàn)。

當(dāng)投入百億，甚至是千億美元，如今這場“2nm技術(shù)戰(zhàn)”中，臺(tái)積電和三星電子兩家公司分別在晶體管結(jié)構(gòu)、光刻、材料、封裝等進(jìn)行核心技術(shù)創(chuàng)新競爭。

首先是新的晶體管結(jié)構(gòu)。

臺(tái)積電2nm采用納米片晶體管（GAAFET）結(jié)構(gòu)，相比目前5nm鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）架構(gòu)，GAAFET能更好控制漏電，且性能提升10%-15%，功耗卻降低25%-30%。

實(shí)際上，芯片內(nèi)部的場效應(yīng)晶體管，分別包括源極（Source）、漏極（Drain）和柵極（Gate）三部分。隨著芯片越做越精密，塞下的晶體管越來越多，柵極越來越細(xì)，導(dǎo)致電流就容易“漏出”。

為了解決該問題，科研人員研發(fā)出FinFET工藝，增加?xùn)艠O的接觸面積，減少電流漏電事件，同時(shí)芯片性能也能得到提升——類似“褲腰帶”變成“帶扣皮帶”的方案。

而2nm使用的新的GAAFET結(jié)構(gòu)，則是將柵極和漏極徹底包裹住，更好地控制漏電電流。

相比臺(tái)積電，三星更勝一籌，決定在本周開始量產(chǎn)的3nm上，使用GAAFET結(jié)構(gòu)，比臺(tái)積電提前三年。而且，三星和IBM還分別推出了納米片MBCFET、垂直晶體管VTFET兩種結(jié)構(gòu)，后者提供2倍的FinFET性能，功耗減少85%。不過MBCFET和VTFET目前沒有量產(chǎn)跡象。

其次是新的光刻機(jī)設(shè)備。

工欲善其事，必先利其器。

阿斯麥（ASML）最新研發(fā)的高數(shù)值孔徑極紫外光（high-NA EUV）光刻機(jī)，是2nm工藝的關(guān)鍵工具，成為三星、臺(tái)積電爭奪的焦點(diǎn)。

光刻機(jī)被譽(yù)為“皇冠上的明珠”，其利用特殊的光源和玻璃，將晶體管和設(shè)計(jì)好的電路圖投射到硅芯片，來繪制芯片電路，其大小相當(dāng)于一輛公交車，一家先進(jìn)芯片工廠通常需要9~18臺(tái)這樣的設(shè)備。

芯片制造離不開光刻機(jī)，且制程越先進(jìn)，其重要性越凸出，占芯片制造總成本比例也越高，總體來看，光刻機(jī)的成本占總設(shè)備成本的30%。

沒有EUV光刻機(jī)，就無法制造先進(jìn)制程芯片。而目前EUV光刻孔徑為0.33NA，最多制造3nm芯片。

隨著芯片越來越精密，更高數(shù)值的孔徑意味著更小的光線入射角度，也意味著能夠用來制造尺寸更小、速度更快的芯片。如今，三星、臺(tái)積電都希望通過獲得下一代EUV光刻機(jī)，從而在未來2nm技術(shù)競爭上占據(jù)優(yōu)勢。

最先進(jìn)的高數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)，目前只有ASML能夠生產(chǎn)。然而，光刻機(jī)設(shè)備開發(fā)難度很大，一年只能生產(chǎn)十幾臺(tái)。隨著全球芯片短缺，ASML不得不延遲交付，產(chǎn)能有限，廠商們要買到，并不容易。

此次李在镕到訪歐洲，主要目的之一就是到荷蘭采購ASML下一代EUV光刻機(jī)。更早之前，英特爾CEO基辛格為了能追趕臺(tái)積電、三星，不止是投資入股阿斯麥公司，還提早花高價(jià)訂購EUV光刻機(jī)制造產(chǎn)能。

據(jù)ASML公布的數(shù)據(jù)，新的EXE:5000系列high-NA EUV光刻機(jī)，鏡頭數(shù)值孔徑從0.33NA變?yōu)?.55NA，孔徑大小增加了67%，有望實(shí)現(xiàn)8nm的分辨率。預(yù)計(jì)這種設(shè)備非常復(fù)雜、非常大且價(jià)格昂貴——每臺(tái)的成本將超過4億美元。

最后是新材料、新的封裝互聯(lián)技術(shù)。

其中，材料方面，二維材料是目前半導(dǎo)體行業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)。臺(tái)積電此前曾提到，臺(tái)積電正在研究包括二硫化鎢（WuS2）和碳納米管等二維材料。相比于當(dāng)前的硅材料，二維材料能夠更有效地移動(dòng)電子，并讓芯片實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的計(jì)算，更適用于2nm及之后的先進(jìn)制程。

封裝互聯(lián)方面，臺(tái)積電推出新的系統(tǒng)整合晶片堆疊（TSMC-SoIC）互連技術(shù)，解決3D封裝堆疊問題，到2035年前，臺(tái)積電有望實(shí)現(xiàn)1μm以內(nèi)的SoIC互連，從而提高芯片整體供電性能，降低整體電阻，避免受到功率密度提升和電源電壓下降的影響。

面對(duì)臺(tái)積電當(dāng)時(shí)的風(fēng)光，三星正苦苦追趕。為了搶在臺(tái)積電之前完成3nm研發(fā)，三星芯片制造工藝直接跳過4納米，從5nm上升到3nm。

如今，臺(tái)積電、三星兩家公司都爭奪光刻機(jī)，選擇非常激進(jìn)的技術(shù)路線制造2nm。但三星的良率、功耗技術(shù)上一直是個(gè)大問題，尤其曾出現(xiàn)推遲發(fā)布的情況，2nm也可能虎頭蛇尾。

有消息指，臺(tái)積電有望成為全球第一家率先提供2nm制程代工服務(wù)的晶圓廠。

英特爾重拾晶圓代工業(yè)務(wù)

自從在7nm工藝上掉隊(duì)之后，大家都認(rèn)為曾經(jīng)的王者intel，在工藝上已經(jīng)追不上臺(tái)積電、三星了，只能跟在后面，看別人表演了。

但英特爾可不服輸，覺得既然自己的IDM模式，干不過臺(tái)積電、三星的純Foundry模式，那就是搞個(gè)IDM2.0計(jì)劃出來，一邊自己給自己造芯，一邊學(xué)臺(tái)積電、三星也搞Foundry的代工模式。

英特爾動(dòng)作迅速，迅速拿出了產(chǎn)能來承接IC設(shè)計(jì)廠的訂單，還并購了現(xiàn)成的、排名在全球Top10的晶圓代工企業(yè)高塔半導(dǎo)體。同時(shí)還公布了全新的工藝節(jié)點(diǎn)路徑和名稱，比如不再叫5nm、3nm等，而是改為intel7、intel4、intel20、intel18等。

而當(dāng)臺(tái)積電、三星表示今年要進(jìn)入3nm，2024年左右進(jìn)入2nm時(shí)，英特爾也表示，它的intel18，也就是其1.8nm也將提前于2024年下半年投產(chǎn)。

很明顯，intel就是要挑戰(zhàn)臺(tái)積電、三星的領(lǐng)先地位，做到與這兩大巨頭的工藝制程上基本一致，再也不想落后了。

事實(shí)上，在英特爾公布的2022財(cái)年第一季度財(cái)報(bào)中，我們發(fā)現(xiàn)其晶圓代工業(yè)務(wù)相當(dāng)亮眼，營收達(dá)到了2.83億美元，較2021 年同期增長175%，排在全球第11位的樣子。

這還是在沒有算上高塔半導(dǎo)體營收的情況之下，要是算上高塔半導(dǎo)體的營收，英特爾在晶圓上面的營收，已經(jīng)能夠排在全球第7名了。

可以預(yù)料的是，接下來英特爾在晶圓代工業(yè)務(wù)上還會(huì)繼續(xù)發(fā)力，再將高塔半導(dǎo)體的營收并表后，英特爾和臺(tái)積電、三星相比，營收相差就不會(huì)太遠(yuǎn)了，最大的差距也就只體現(xiàn)在工藝上了。

再考慮到英特爾在不斷的提升工藝，以及2024年要進(jìn)入1.8nm的說法，可以想象的是英特爾的晶圓代工戰(zhàn)，是全面開打了，就看英特爾這個(gè)曾經(jīng)的王者，能不能“一雪前恥”，在工藝制程上進(jìn)步迅速，追上甚至超過臺(tái)積電、三星了。


總結(jié)

從臺(tái)積電、三星、英特爾的對(duì)外發(fā)言看，其是非常樂意尋求外部合作，為各類企業(yè)代工芯片的。代工工藝的精進(jìn)還需要量的支撐，而先進(jìn)工藝的演進(jìn)，則需要龐大的經(jīng)驗(yàn)支持。

總體來看，當(dāng)代晶圓代工之爭愈發(fā)強(qiáng)勁，拼產(chǎn)能拼制程拼產(chǎn)業(yè)格局，各大企業(yè)招數(shù)層出不窮，未來市場格局將迎來何種變數(shù)，我們拭目以待。