四個月前,,三星電子副董事長李在镕開啟了自己的訪歐之旅,,最關(guān)鍵的還是荷蘭,,不僅與多名 ASML 高層舉行了會談,轉(zhuǎn)頭還向荷蘭總理要起支持:
千萬確保 ASML 穩(wěn)定供應(yīng) EUV 光刻機(jī),。
過去兩年蔓延全球的芯片短缺問題,,主要還是局限在成熟制程,但問題已經(jīng)要蔓延到了先進(jìn)制程,。據(jù) 6 月初 WSJ 報道 ,,部分臺積電客戶收到警告,表示該公司未來兩年擴(kuò)產(chǎn)速度將不如預(yù)期,,主因是包括 EUV 光刻機(jī)在內(nèi)的制造設(shè)備缺少,,分析師指 2024 年先進(jìn)制程工藝的缺口可能高達(dá) 20%。
ASML EUV 光刻機(jī)零部件,圖/ASML
但 ASML 產(chǎn)能終究還是有限,,甚至三星自身的戰(zhàn)略也有了變化,。
據(jù) 10 月 25 日韓國經(jīng)濟(jì)新聞的報道 ,三星電子調(diào)整了戰(zhàn)略方向,,將擴(kuò)大投資成熟制程工藝,。三星電子半導(dǎo)體代工事業(yè)部計劃到 2024 年將傳統(tǒng)和特色工藝的數(shù)量增加 10 個以上,到 2027 年將對應(yīng)產(chǎn)能提高到 2018 年的 2.3 倍,。
傳統(tǒng)工藝是 10nm~180nm 等半導(dǎo)體代工企業(yè)從過去開始進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的過程中誕生的「標(biāo)準(zhǔn)」工藝,;特色工藝是針對特定客戶需求將傳統(tǒng)工藝進(jìn)行定制化改進(jìn)。
上周還有消息傳出 ,,三星考慮將旗下更多芯片委外代工,,除了已有的圓晶代工伙伴聯(lián)電,還會新增世界先進(jìn)和力積電兩家協(xié)助芯片代工,,主要仍是成熟制程。
在此之前,,三星一直致力于在最先進(jìn)的制程上與臺積電競爭,。今年 6 月,三星 3nm 制程工藝正式量產(chǎn),,并首次用上全環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)(以下簡稱 GAA),。臺積電則在近日再次對外確認(rèn),3nm 將在今年第四季度晚些時候開始量產(chǎn),,預(yù)計 2023 年開始滿載運(yùn)行,。此外,臺積電還指出在 2nm 工藝上才會引入 GAA 技術(shù),。
一方面在 3nm 上「領(lǐng)先」臺積電一步,,另一方面卻在加大自身和委外成熟制程的產(chǎn)能。常識告訴我們,,資源有限才所以需要資源配置,,三星在擴(kuò)大成熟制程工藝投資的同時,就要相對應(yīng)縮減在先進(jìn)制程上的投入比例,。
這很矛盾,,但首先三星在先進(jìn)制程上的「領(lǐng)先」本身就存在問題。
「虛假」的 3nm,,跌倒的三星
過去幾年,,芯片代工廠在制程的「文字游戲」上愈演愈烈,英特爾,、三星,、臺積電對外說的同一納米制程實際上相差甚大,如英特爾的 10nm 制程工藝實際相近臺積電和三星的 7nm。
三星 3nm 和臺積電 3nm 同樣存在很大的不同,。從性能的角度看,,三星 3nm(3GAE)工藝的晶體管密度為 1.7 億/平方毫米,大大低于臺積電 3nm(N3)工藝的 2.9 億/平方毫米,,反倒更接近臺積電 5nm 和英特爾 7nm 的水平,。
另一方面,三星在 3nm 節(jié)點(diǎn)首次引入 GGA 技術(shù),,有分析指該技術(shù)尚不成熟,。目前尚不明晰三星引入 GGA 技術(shù)帶來的影響程度,但據(jù)中國電子報近期的報道,,三星在先進(jìn)制程芯片上深陷良率的泥沼,,3nm 良率僅為 35%,臺積電 3nm 良率則達(dá)到了80%,。
再加上此前三星在 4nm 上工藝表現(xiàn),,更多的高端客戶都在流向臺積電,包括長期選擇三星半導(dǎo)體進(jìn)行芯片代工的高通,。
去年底,,高通發(fā)布全新命名的驍龍 8 Gen 1,但這塊 SoC 由于在發(fā)熱和功耗上存在重大問題,,很大程度上影響了 Android 旗艦在高端手機(jī)市場的表現(xiàn),。后續(xù)終于轉(zhuǎn)而采用臺積電 4nm 工藝代工驍龍 8 Gen 1+,才終于在市場上挽回一點(diǎn)口碑和認(rèn)可,。
到了下一代驍龍 8 Gen 2,,高通更是直接選擇了臺積電 4nm。再加上蘋果,、英偉達(dá),、AMD、聯(lián)發(fā)科等,,臺積電幾乎攘括了全世界最頂尖的芯片廠商,。而三星的首發(fā)客戶,卻是一家中國礦機(jī)芯片廠商 PanSemi,。
對三星來說,,這無疑是相當(dāng)糟糕的事情,畢竟目前新建一條 3nm 產(chǎn)線的成本約為 150-200 億美元,,巨大的資金投入需要更多更高端的客戶訂單,。
但三星眼下除了在臺積電的產(chǎn)能外獲得訂單,以及在價格上做出競爭以爭取對價格更敏感的客戶,,似乎只能在更先進(jìn)的 2nm 做出突破,,或是在傳統(tǒng)工藝市場搶占臺積電的份額,。
事實上,除了在先進(jìn)制程上領(lǐng)先,,臺積電 46% 的收入都來自傳統(tǒng)和特色工藝,,尤其是目前市場占主流需求的 28nm,考慮到這些制程工藝都是臺積電過去 35 年推進(jìn)工藝過程中「留下」的,,占主要成本的圓晶廠投入基本都已收回,,利潤更是可觀。
三星作為后進(jìn)者,,過去的選擇是在與臺積電競爭先進(jìn)工藝的同時,,積累不同階段工藝,如在圖像傳感器(CMOS)方面,,傳統(tǒng)使用 28nm 工藝,,三星卻將用于高級圖像傳感器的 17nm 工藝,與索尼競爭 CMOS 市場,。
而引導(dǎo)三星的,,大概是「在 2030 年成為世界第一的半導(dǎo)體代工企業(yè)」的目標(biāo)。當(dāng)然,,這也意味著需要超越臺積電,。
失效的摩爾定律,領(lǐng)先者的困境
毫無疑問,,臺積電不僅是全球最大的半導(dǎo)體代工企業(yè),也在 7nm 和 5nm 的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上成為了最大的贏家,。根據(jù)臺積電今年第三季度財報,,7nm 和 5nm 貢獻(xiàn)的收入已經(jīng)占到了整體的 54%。
這種優(yōu)勢目前來看還會繼續(xù)延續(xù)到 3nm 節(jié)點(diǎn),。蘋果 A17 芯片基本確認(rèn)將由臺積電獨(dú)家生產(chǎn),,也有多個消息源指出 M2 系列高性能處理器也將由臺積電獨(dú)吞,此外還有高通將在 2023 年發(fā)布的旗艦芯片,,甚至是英特爾的 15 代酷睿,。
超能網(wǎng)引述 Twitter 用戶 @OneRaichu 指出,Arrow Lake-P 移動處理器將采用英特爾自己的 20A(原英特爾 5nm)工藝,,Arrow Lake-S 桌面處理器采用臺積電的 N3(3nm)工藝,。
至于 2nm 的節(jié)點(diǎn),臺積電和三星都計劃在 2025 年實現(xiàn)量產(chǎn),,英特爾則更加激進(jìn)地將 18A(接近臺積電 2nm)工藝定在 2024 年量產(chǎn),。但隨著制程逼近物理極限,摩爾定律越來越不能指導(dǎo)整個半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)前進(jìn)了,。
1965 年,,時任仙童半導(dǎo)體公司研發(fā)總監(jiān)的戈登?摩爾發(fā)文預(yù)言:
在最小成本的前提下,,單個芯片上的元器件數(shù)量基本上是每一年翻一倍。并且至少在未來十年保持這個增長速度,,到 1975 年單個芯片上將集成 65,,000 個元器件。
這段被稱為「摩爾定律」的話后來逐漸演變成:
1. 集成電路上集成的晶體管數(shù)目,,每 18 個月翻一番,;
2. CPU 性能每 18 個月提高一倍,或價格下降一半,;
3. 同樣錢買到的計算機(jī)性能,,每 18 個月翻一番。
根據(jù)臺積電的數(shù)據(jù),,摩爾定律指導(dǎo)整個半導(dǎo)體行業(yè)的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越戈登·摩爾劃定的壽命,,如今一個 IC 設(shè)備可以容納多達(dá) 1000 億個晶體管——這已經(jīng)是極限了,即便是在蘋果 A16 小小的芯片上也能放下 160 億個晶體管,。
但正如英偉達(dá) CEO 黃仁勛最近的提醒——「摩爾定律已經(jīng)死了,,」逼近物理極限的制程工藝則是最后也最關(guān)鍵一堵墻。當(dāng)硅基芯片突破 1nm 之后,,量子隧穿效應(yīng)將使得「電子失控」,,芯片失效。事實上,,量子隧穿效應(yīng) 5nm 甚至 7nm 以下就已經(jīng)存在,。
與此同時,量產(chǎn)先進(jìn)制程芯片的成本越來越高,。3nm 芯片的設(shè)計動輒就要 15 億美元,,到了 2nm,臺積電僅產(chǎn)能布局就計劃投入 1 萬億新臺幣(約 2290 億人民幣),,超過華為 2021 年整體收入三分之一,。
「臺積電可能會失敗。隨著移動到下一個技術(shù)節(jié)點(diǎn)變得更加困難,,任何人都可能跌倒,,」英國《金融時報》引述經(jīng)濟(jì)歷史學(xué)家克里斯·米勒的看法稱,「或者,,如果未來幾個技術(shù)節(jié)點(diǎn)的過渡比我們預(yù)期的更為艱難,,臺積電的優(yōu)勢可能會變得不那么有意義?!?/p>
對后進(jìn)者來說,,這是趕超臺積電——也是全球頂級水平最好的機(jī)會,至于整個行業(yè)的問題,,畢竟天塌了還有個高的頂著,,這大概也是強(qiáng)者的煩惱吧,。
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