台积电(TSM.US)与三星的新战场

本文来自 “半导体行业观察”,作者畅秋

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(INTC.US)、三星和台积电(TSM.US)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。

而据相关媒体报道,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。

三星的执着

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。

三星代工英特尔早有传闻

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。

三星有望夺取台积电部分市占率

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。

结语

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。

(本文编辑:孙健一)

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