抗衡臺積電，曙光乍現

來源：半導體產業縱橫

分析稱，臺積電，三星，英特爾的決勝戰很可能出現在1nm~2nm製程節點上，但從成本、晶體管效能和功率效率方面來看，臺積電的優勢恐怕會弱於現在。

在全球半導體市場，IDM的發展勢頭和行業影響力似乎越來越弱，而晶圓代工業務模式的行業地位卻在持續提升。從行業龍頭廠商的發展現狀，也可以看出這種發展態勢，眼下，市值最高的兩大半導體企業，一個是英偉達，市值已經超過2萬億美元，火爆異常，另一個是臺積電，在2022和2023年，英偉達股價暴漲之前，臺積電的市值是半導體企業裏最高的，一度超過7000億美元，後來有所下滑，但現在又恢復到7000億美元以上。

英偉達和臺積電是晶圓代工業務模式下的典型企業，一個設計，一個生產，而且都聚焦先進製程工藝，珠聯璧合，成爲當下半導體行業最搶眼的存在。

相比之下，老牌的IDM企業，並穩定在各自領域內排名前三的企業，有兩大代表，一個是英特爾，一個是德州儀器（TI），一個做數字邏輯芯片，一個做模擬芯片，這兩家都是各自領域的龍頭。但它們最近今幾年的日子似乎都不太好過，特別是德州儀器，無論是市值，還是營收、利潤，或是業務拓展能力，與早些年相比都在下滑，而且裁員不斷。

晶圓代工正在全面打壓IDM。也正是因爲如此，在全球晶圓代工廠商中綜合實力最強的三家：臺積電，三星，英特爾，其中的兩家——三星和英特爾——都從IDM進入了晶圓代工業，且投入力度越來越大。

01 發展策略各有不同

對於臺積電、英特爾和三星這三大廠商來說，原來採取的晶圓代工策略各有不同，但近兩年越來越趨同，那就是把越來越多的資源投入到最先進製程工藝技術上。

臺積電的基調一直沒變，持之以恆地將晶圓代工業務做到極致，特別是在先進製程方面，是臺積電投入的重點，每年都會有大量資金砸進去，而發展到10nm的時候，臺積電相對於行業競爭對手（主要是三星）的優勢越來越明顯，在7nm和5nm製程芯片量產方面，臺積電形成了對競爭者的碾壓態勢，並將這種優勢延續到了3nm。

三星方面，在20nm及以上製程時代，與臺積電之間的差距沒有現在這麼大，而到了14nm（臺積電稱爲16nm），三星憑藉在製程工藝方面的突破，在這一節點處壓了臺積電一頭，但是，這種優勢並沒有持續太久，臺積電很快就趕了上來，並在10nm以下製程領域使三星越來越難受。爲了追趕臺積電，三星電子於2017年決定分拆晶圓代工業務部門，以尋求更多客戶，特別是行業大客戶的信賴，但從結果來看，這樣的分拆並不算成功，或者說，對於三星這樣在韓國處於巨無霸地位的企業來說，要想完全將晶圓代工業務分拆出來，難度太大。

英特爾方面，在上一位CEO的規劃裏，晶圓代工業務幾乎被無視掉了，而是將主要精力和資源投入到了核心產品CPU，以及各種新型處理器產品（如手機處理器和AI處理器），但從實際結果來看，都不理想，在CPU方面，AMD在過去5年裏，憑藉架構和設計創新，以及合作伙伴臺積電的製程優勢，快速逆襲，搶奪了大量原本屬於英特爾的CPU市場份額。與此同時，GPU在AI領域的重要性不斷凸顯出來，而臺積電的製程工藝優勢依然發揮着關鍵作用，相反，在那段時期，英特爾並沒有重視GPU市場，錯過了最佳的發展機遇期，這也導致該公司在最近幾年大力投入GPU研發時，總是有種事倍功半的效果。

在新任CEO的帶領下，英特爾大幅調整了發展策略，將晶圓代工業務放在了頭等重要的位置，幾乎是要All in式的投入，從近兩年以及未來的發展來看，英特爾的這個決策還是值得期待的，雖然時間稍晚了一些，但並沒有錯過，發展結果如何，估計5年後可以見分曉。

02 行業地位此消彼長

總的發展策略會導致相應的結果，這在臺積電、英特爾和三星晶圓代工業務上有明顯體現，特別是行業排名，最爲明顯。

就近兩年的排名來看，這三強的變化很明顯，臺積電市佔率已經提升到60%，三星下滑明顯，英特爾在十強榜單中進進出出。

前些天，TrendForce發佈了2023年第四季度全球十大晶圓代工廠營收排名榜單，如下圖所示。

可以看出，臺積電的市佔率已經提升到了61.2%，環比上升，而三星的市佔率爲11.3%，環比下降。英特爾方面，該公司的代工業務IFS（Intel Foundry Service）在2023年第三季度歷史首次出現在該榜單中，當時排名第九位。而在第四季度榜單中，英特爾被擠出了前十。

2022年第四季度，排名情況基本不變。市佔率方面，臺積電爲58.5%，三星的市佔率爲15.8%，那時，英特爾還沒有出現在榜單中。

2021年第四季度，在榜單中，臺積電的市佔率爲52.1%，三星爲18.3%，那時，英特爾也不可能出現在榜單中，因爲該公司是在2021年正式推出IFS服務的，一切纔剛剛開始。

綜合以上3年內的市佔率來看，臺積電年年穩步提升，而三星則正相反。英特爾經過兩年的籌備和發展，在2023年第三季度首次出現在該榜單中，但在第四季度又消失了。這些，從一個側面體現出這三家廠商晶圓代工業務發展策略所產生的結果，即臺積電從一開始就走純代工模式，最大化地獲得客戶信任，同時將先進製程發展到行業極致水平，才能將市佔率穩步提升，三星則介於IDM和純代工模式之間，且在先進製程方面未能發展出行業頂尖水平，此消彼長，市佔率在下滑。英特爾在榜單上的呈現與消失，則體現出其在業務發展初期的不穩定性。

03 工藝技術比拼

行業市佔率的變化，在很大程度上取決於製程工藝技術水平的高低。無論是過去還是現在，臺積電的綜合實力是最強的，特別是在晶體管密度和能效方面，技術積累的優勢短時間內難以被超越。不過，最近幾年，英特爾追趕的腳步很快，在解決了困擾多年的10nm製程工藝（在未攻克該節點之前，英特爾在14nm製程上徘徊了近5年時間）以後，該公司的製程節點演進速度明顯提升，正在拉近與臺積電的距離。在這種情況下，三星壓力越來越大，因爲前有（臺積電）堵截，後有（英特爾）追兵，未來，三星的晶圓代工業務日子恐怕不好過。

最近，TechInsights發佈了一份臺積電、英特爾、三星製程技術對比報告，主要關注先進製程的晶體管密度、運算效能和能耗效率。

晶體管密度方面，臺積電3nm（N3）製程及其強化版N3E，晶體管密度達到283MTx/mm²（每平方毫米百萬晶體管數）和273MTx/mm²，都高於Intel 18A的195MTx/mm²。Intel 18A採用背面供電技術（Backside power），對降低能耗有一定幫助，但英特爾沒有公佈能耗數據。總體來看，Intel 18A大幅超越臺積電3nm性能還是不太可能。

三星領先臺積電跨入GAA架構Nanosheet製程，力圖彎道超車，不過，比較晶體管密度、性能、能耗後，同年內，三星的製程工藝都落後於臺積電，臺積電晶體管密度約是三星的1.5倍以上，;先進製程客戶數量方面，臺積電也遠超三星。

還有一點很重要，那就是良率，它直接影響生產成本和客戶認可度。

自從進入5nm製程時代以來，良率一直是三星晶圓代工業務所面對的最大問題，特別是在3nm製程節點上，三星率先引入了全新的GAA架構晶體管，與以往使用的FinFET晶體管有較大區別，也使良率問題進一步放大。

據Notebookcheck報道，目前，三星的3nm工藝良率在50%附近徘徊，依然有一些問題需要解決。三星2023年曾表示，其3nm工藝量產後的良率已達到60%以上，不過，現在看來，當時過於樂觀了。

今年2月，據報道，三星新版3nm工藝存在重大問題，試產芯片均存在缺陷，良率爲0%。報道指出，採用3nm工藝的Exynos 2500芯片因缺陷未能通過質量測試，導致後續 Galaxy Watch 7的芯片組也無法量產。報道指出，由於Exynos 2500芯片試產失敗，三星推遲了大規模生產，目前，尚不清楚是否能夠及時解決良率問題。

爲了追趕臺積電，三星的3nm製程工藝採取了比較激進的策略，主要體現在GAA晶體管架構上，臺積電的3nm依然採用FinFET。2nm纔會轉向GAA晶體管，激進的結果就是要在良率方面付出一些代價。

當年，英特爾的10nm一直難產，最大的障礙就是多年未解決的良率問題，致使14nm製程被一改再改，才能維持其CPU的更新換代。後來，經過5年左右的攻關，終於解決了10nm製程良率問題，那之後，英特爾的製程工藝發展就顯得順利多了，眼下，Intel 4量產準備就緒，Intel 3也快了。

04 製造成本深不見底

International Business Strategies（IBS）的分析師認爲，與3nm處理器相比，2nm芯片成本將增長約50%。

IBS估計，一個產能約爲每月50000片晶圓（WSPM）的2nm產線的成本約爲280億美元，而具有類似產能的3nm產線的成本約爲200億美元。增加的成本，很大一部分來自於EUV光刻設備數量的增加，這將大大增加每片晶圓和每個芯片的生產成本，而能夠接受如此高成本芯片的廠商，只有蘋果、AMD、英偉達和高通等少數幾家。

IBS估計，2025~2026年，使用臺積電N2工藝加工單個12英寸晶圓將花費蘋果約30000美元，而基於N3工藝的晶圓成本約爲20000美元。

預計三星、英特爾和AMD等公司將在未來幾年加速採用由不同製程節點製造的小芯片（Chiplet）組設計，以降低成本。同時，智能手機處理器可能會在一段時間內保留單片設計，因爲先進封裝的成本也很高。

相對於三星和英特爾，臺積電的客戶規模優勢，可以將成本控制在一定水平內。

2023年，蘋果公司佔臺積電收入的25%，爲其貢獻了175.2億美元營收，英偉達爲臺積電貢獻了77.3億美元，佔其2023年營收的11%。

2023年，臺積電的前10大客戶佔其收入的91%，高於2022年的82%，這些公司包括聯發科、AMD、高通、博通、索尼和Marvell。

隨着對AI處理器需求的增加，英偉達在臺積電收入中的份額可能會在2024年增加，該公司已經預訂了臺積電晶圓代工和CoWoS封裝產能，以確保其用於AI的優質處理器的穩定供應。今年，AMD在臺積電總營收中的份額有望超過10%。

有這些大客戶下單，臺積電就有資本大規模投資最先進製程，否則，像3nm和2nm這樣燒錢的製程產線，是很難持續支撐下去的。

相對於臺積電，三星的良率和出貨量是問題，而對於初來乍到的英特爾來說，另闢蹊徑是一個好的選擇，短期內儘量避免與臺積電的最先進製程正面交鋒，還是要找一些技術和應用突破點，爭取穩定住產能、良率和客戶。在過去的一年裏，英特爾已經在做類似的事情了，如扶持RISC-V的發展，與聯電合作開發製程工藝等。

05 結語

在2023年12月舉行的IEEE國際電子元件峯會（IEDM）上，臺積電表示，將在2nm後推出1.4nm製程，預計在2027~2028年量產，按照計劃，其2nm將在2025年量產。

三星緊追臺積電，對外宣佈計劃2027年推出1.4nm。

英特爾CEO基辛格則表示，該公司將在今後4年內推出5個製程節點，目前進展一切如預期。目前，Intel 7已進入量產階段，Intel 4現已量產準備就緒，Intel 3也會按計劃於今年底推出，Intel 20A已經試產，很可能用於生產2025年推出的Arrow Lake處理器，Intel 18A將在2025下半年量產。

從這三家的先進製程發展情況來看，決勝戰很可能出現在1nm~2nm製程節點上，那時，成本、晶體管效能和功率效率方面，臺積電的優勢恐怕會弱於現在，三星和英特爾會有更多機會。

本文作者：暢秋，來源：半導體產業縱橫（ID:ICViews），原文標題：《抗衡臺積電，曙光乍現》

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