來源:半導體行業觀察

在半導體先進製程工藝方面,特別是行業進入14nm時代以後,玩家迅速減少,本來是英特爾、三星和臺積電三足鼎立的局面,但由於在過去5年裏,英特爾在工藝技術進度方面的不給力,一再延誤,使得近兩年10nm及更先進製程市場,不見了三足鼎立的局面,只有三星和臺積電兩強在爭。

不僅如此,前些年進軍晶圓代工市場的英特爾,市場拓展速度緩慢,同時,由於自身先進製程技術不夠成熟,再加上其整體芯片製造產能未能跟上市場需求的步伐,在2019年出現了CPU大缺貨的局面,這也在客觀上給了AMD迅速追趕的機會。爲了遏制這一態勢,近一年來,英特爾正在認真考慮將更多的芯片,特別是其核心產品CPU外包代工生產,而具備接單實力的廠商,也只有臺積電和三星了。

英特爾在2020年第二季度財報中曾經提到,該公司基於7nm的CPU相對於預期計劃大約滯後了6個月,這將最初計劃2021年底推出7nm芯片的時間節點延期到至少2022年。

最近,關於英特爾已向臺積電下單代工7nm(或6nm)芯片的聲音不絕於耳,雖然近期該公司高管公開表示,外包代工的合作伙伴還沒有最終確定,仍在斟酌和考察當中,但就目前業界僅剩臺積電和三星這兩傢俱備7nm製程工藝量產能力的狀況來看,英特爾的選擇餘地很小,更何況臺積電的7nm要比三星的成熟,且良率更好。

而據臺灣地區媒體報道,英特爾近期已與臺積電達成協議,預訂了臺積電明年18萬片6nm 芯片產能,據估算,這批芯片外包代工業務或超過200億美元規模,如果情況屬實的話,這將成爲臺積電失去華爲這一大客戶之後的一筆新增大單,在訂單方面並不發愁的臺積電,後續壓力是如何滿足迅速擴大的產能需求。

昨天,有消息稱,英特爾首席架構師Raja Koduri下週將在三星的“高級代工生態系統”(SAFE)論壇會議上發表“2025年人工智能將增加1000倍算力”的演講。此前,Raja Koduri在推特上貼了一張去年到訪韓國三星工廠的照片,引發了有關英特爾將使用三星爲其Xe顯卡芯片提供代工的傳言。考慮到英特爾最近明確宣佈將把某些芯片外包生產,卻仍未透露該策略的詳細情況,這讓Koduri與三星最近的互動變得意味深長。

相信臺積電和三星都非常渴望拿到英特爾的訂單,因爲這會給它們帶來十分可觀的收入,同時,也會使整個半導體業對其實力和影響力的認知有更近一步的提升。特別是三星,自從進入10nm時代以後,其與臺積電的競爭一直處於下風,若能拿到英特爾的大單,無疑是一種振奮,可進一步增強其今後與臺積電競爭的底氣和決心。

三星的執着

前些年,作爲巨無霸級別的IDM,三星一直覺得其晶圓代工業務水平還不夠好,視行業霸主臺積電爲“眼中釘”,並通過大力投資、挖人等措施,不斷完善其晶圓代工技術能力和客戶認可度。最爲重要的是,爲了提升競爭效率,三星於2017年宣佈將其晶圓代工業務獨立了出來,目標直指臺積電。

2015~2016年,隨着三星晶圓代工先進製程能力的逐步成熟,其從臺積電那裏奪得了不少大客戶訂單,收入頗豐。彼時的智能手機市場處於平臺期(開始出現衰退,但對相關產業鏈的影響有滯後效應),對於相關芯片的需求量還是比較旺盛。這兩方面的因素,使得三星Foundry在2016年出現了大幅度的增長。

而到了2016~2017年,隨着臺積電先進製程的進一步成熟,三星Foundry部分大訂單又被臺積電搶了回去;此外,全球智能手機市場全面衰退,其負面效應也開始顯現,對相關先進製程芯片的需求大減。這兩個因素導致三星Foundry業務在2017年銷售額同比增幅(4%)大幅下降。

先進製程方面,相對於三星,臺積電長期處於領先地位。臺積電在2011年便攻克了 28nm HKMG製程,之後先進製程發展迅速,其7nm製程已於2018下半年實現量產,2019年收入佔比將超過20%。5nm於2019年4月進行風險試產,2020年實現量產。而三星只在14nm節點處領先於臺積電量產,之後的10nm、7nm和5nm都落後於臺積電。不過該公司將趕超的希望寄託在了3nm上,具體進度如何,還需要在接下來的兩三年裏觀察。

總體來看,臺積電在良率和穩定性方面有明顯優勢。爲了提升競爭力,三星調整了晶圓代工的業務結構,而臺積電在不斷鞏固自身的優勢。

三星代工英特爾早有傳聞

經過拆分以後,三星的晶圓代工業務市場排名由原來的行業第四上升到了第二,不過,其市場份額與臺積電仍有很大差距,若能拿到英特爾的大單,無疑會縮小這種差距。實際上,在2019年,業界就傳聞英特爾在考慮找三星爲其代工生產14nm製程的CPU。

自2015年正式推出14nm製程後,英特爾已經對其依賴了5年的時間,該製程也爲這家半導體巨頭帶來了非常可觀的收入。從Skylake(14nm)、Kaby Lake(14nm+)、Coffee Lake(14nm++),到2018年推出的14nm+++,該公司一直在保持對14nm製程的更新。而英特爾原計劃在2016年推出10nm,但經歷了多次延遲,2019年才姍姍來遲,從這裏也可以看出該公司對14nm製程的倚重程度。

同爲14nm製程,由於英特爾嚴格追求摩爾定律,因此其製程的水平和嚴謹度是最高的,就目前已發佈的技術來看,英特爾持續更新的14nm製程與臺積電的10nm大致同級。

這裏還可就具體的參數指標,與三星和臺積電做個比較,英特爾於2014年發佈了14nm製程,其節點每平方毫米有3750萬個晶體管,臺積電16nm製程(該公司沒有14nm製程,但其16nm與市場上的14nm同級)節點每平方毫米約有2900萬個晶體管,三星14nm節點每平方毫米約有3050萬個晶體管。此外,英特爾的14nm節點柵極長度爲24nm,優於臺積電的33nm,也優於三星的30nm。英特爾14nm節點的鰭片高度爲53nm,優於臺積電的44nm,以及三星的49nm。

2019年5月,英特爾稱將於第3季度增加14nm製程產能,以解決CPU市場的缺貨問題。

然而,英特爾公司自己的14nm產能已經滿載,因此,該公司投入15億美元,用於擴大14nm產能,稱可在2019年第3季度增加產出。其14nm製程芯片主要在美國亞利桑那州及俄勒岡的D1X晶圓廠生產,海外14nm晶圓廠是位於愛爾蘭的Fab 24。

三星於2015年宣佈正式量產14nm FinFET製程,先後爲蘋果高通代工過高端手機處理器。其14nm產能市場佔有率僅次於英特爾和臺積電。

前面提到,英特爾的14nm產能喫緊,已經難以滿足市場需求,在這樣的背景下,2019年6月,有媒體報道稱,三星和英特爾正在就14nm Rocket Lake芯片的生產進行談判。

自2018年下半年以來,英特爾在升級和建立用於生產10nm芯片的新生產線方面投入了大量資金,但要想擴大規模還需要幾年時間。在此期間,英特爾必須提高其14nm芯片的產量。因此,傳聞它將一部分CPU轉由三星代工,希望能夠解決產能不足的問題。

由於存儲芯片市場疲軟,對三星的營收產生了很大影響,因此,三星的晶圓代工產能利用率下降,想尋找新客戶,英特爾是其主要的爭取對象。

當時有報道稱,三星將於2020年第四季度開始大規模生產英特爾的14nm Rocket Lake芯片,如果此言不虛的話,三星製造的首款CPU將於2021年上市。

三星有望奪取臺積電部分市佔率

近些年,三星一直在積極投資以擴大晶圓代工業務,並表示要在 2030 年前超越臺積電成爲代工業的領頭羊。對此,有分析師認爲,儘管三星在短期內難以實現這樣的目標,但是有望從臺積電手中奪得部分市佔率。

相對於臺積電而言,三星在資金籌集方面具有優勢,因爲該公司能夠通過其他業務部門的獲利來進行投資,如智能手機和存儲芯片部門。

目前,全球市場8英寸晶圓供給缺口近二成,使得相應代工產能非常喫緊,漲價聲音不斷。據悉,三星正考慮針對旗下的8英寸晶圓廠進行投資,以提高生產效率,滿足市場需求。

目前,三星旗下的12英寸晶圓產線爲全自動化生產,即在無塵室中藉助架設在高處的運輸系統移動晶圓盒。不過,8英寸晶圓盒仍然由工作人員用搬運車運送。不僅是三星,其他晶圓代工企業也是如此。

8英寸晶圓代工緊俏之際,三星考慮針對8英寸產線進行自動化投資,由人工運輸改爲機器運送。據韓國媒體《TheElec》報道,三星已經在部分8英寸晶圓廠的產線測試自動化運輸設備,且已取得了不錯的效果。

產線的自動化升級能提高生產效率,卻也有着不菲的成本。據三星估計,如果要在所有8英寸晶圓廠中導入自動化運輸設備,可能需要斥資超870億美元。

花費大筆資金改造老舊產線,能否產出與之匹配的效益?三星的這一投資計劃也遭到了部分員工的質疑。不過,考慮到8英寸晶圓業務佔據公司較高比例的營收,三星仍在積極推進這一行動。而臺積電的8英寸晶圓業務所佔比例較小,如果三星能夠抓住這一波市場機遇,則有望縮小與臺積電之間的市佔率之差。

結語

經過這些年的爭奪,臺積電和三星已經奠定了業內兩強的地位,但二者之間的差距依然很明顯,要想縮小差距,三星要做的事很多,而如果能夠抓住這一波晶圓代工市場產能短缺的行情,特別是英特爾這筆大單,則未來臺積電與三星的爭奪戰將更具看點。

英特爾將在2021年初宣佈其芯片外包決定,而且可能不止一種方案。拭目以待吧。

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