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决战3nm —— 三星和台积电谁会最先冲过终点线?

作者:陈玲丽时间:2021-10-22来源:电子产品世界收藏

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,已经烧到制程。

本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/202110/429000.htm

TrendForce数据最新显示,目前的市场份额接近52.9%,是全球最大的芯片代工企业,而位居第二,市场份额为17.3%。

在近几个季度的财报会议上,总裁魏哲家就透露,晶圆片计划今年下半年风险试产,明年可实现量产。而也一直对工艺寄予厚望,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。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。

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%。

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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。

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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%。

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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。

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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?



关键词: 3nm 三星 台积电

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