呼應(yīng)美國(guó)政府半導(dǎo)體制造業(yè)重返美國(guó)的計(jì)劃,晶圓代工龍頭臺(tái)積電2020年宣布在亞利桑那州興建5納米晶圓廠Fab21,,以因應(yīng)美國(guó)政府與客戶的需求,,為臺(tái)積電打開(kāi)了海外擴(kuò)產(chǎn)的大門(mén),該計(jì)劃也將在12月6日迎接機(jī)臺(tái)移機(jī)的重要里程碑,。
不過(guò),,對(duì)于臺(tái)積電在美國(guó)的擴(kuò)廠,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星與英特爾也不甘示弱,,借助美國(guó)《科學(xué)與芯片法案》的通過(guò),,紛紛宣布在美國(guó)的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,除了希望獲得美國(guó)政府的補(bǔ)助,,也機(jī)會(huì)在美國(guó)當(dāng)?shù)孬@得客戶的青睞之外,,也進(jìn)一步能與臺(tái)積電較量。因此,,當(dāng)前全球晶圓代工先進(jìn)制程的三巨頭,,在大規(guī)模投資之后,誰(shuí)能在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出,,成為全世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn),。
英特爾轉(zhuǎn)型的漫漫長(zhǎng)路從原本晶圓制造只為自己的產(chǎn)品服務(wù),到后來(lái)提出IDM 2.0之后發(fā)展出IFS業(yè)務(wù),,2020年接任英特爾CEO的帕特·基爾辛格(Pat Gelsinger)為英特爾的轉(zhuǎn)型下了龐大的賭注,。因?yàn)橛⑻貭栔耙恢笔荌DM模式,完整的涵括了芯片從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)再到銷售的所有過(guò)程,,產(chǎn)品絕大部分也都是在內(nèi)部工廠制造,。
如今,在IDM 2.0模式下,,英特爾不僅要委托外部芯片代工廠生產(chǎn)自己的芯片,,比如預(yù)定了臺(tái)積電3納米的產(chǎn)能。在此同時(shí),,英特爾也要發(fā)展自己的芯片代工業(yè)務(wù),,成立英特爾代工服務(wù)IFS業(yè)務(wù),重返芯片代工行業(yè),。對(duì)此,,英特爾的邏輯是,IFS將在服務(wù)芯片客戶的過(guò)程中變得更強(qiáng)大更好,而隨著IFS在芯片制造上越來(lái)越先進(jìn),,生產(chǎn)的芯片產(chǎn)品也會(huì)更有競(jìng)爭(zhēng)力,,包括自己內(nèi)部制造的芯片,反過(guò)來(lái)又保證IFS不會(huì)受限于外部代工產(chǎn)能,,以此形成正向循環(huán),。用 帕特·基爾辛格在采訪中的說(shuō)法來(lái)說(shuō),就是「IDM 使 IFS 更好,,IFS 使 IDM 更好」,。
只是,矛盾之處也很明顯,,英特爾既要為自己生產(chǎn)芯片,,又要尋求為其他芯片領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,例如AMD和英偉達(dá)提供芯片代工服務(wù),。同樣的,,英特爾想在芯片代工業(yè)務(wù)上追趕臺(tái)積電和三星,但又要將自己的最好的芯片產(chǎn)品交由對(duì)手來(lái)生產(chǎn),,等于在降低自身芯片制造規(guī)模的同時(shí),還將一部分利潤(rùn)讓給了臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。不過(guò),,英特爾也確實(shí)找到了啟動(dòng)IDM 2.0計(jì)劃的支點(diǎn),即臺(tái)積電和三星無(wú)法滿足所有客戶的需求,?;蛘哒f(shuō),在當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下,,多元化的代工戰(zhàn)略成為很多芯片設(shè)計(jì)廠商的選擇,。2022 年 3 月,英偉達(dá)CEO黃仁勛談到,,英特爾有意讓我們使用他們的代工制造業(yè)務(wù),,而我們對(duì)研究這種可能性也非常感興趣。
到了 7 月份,,還沒(méi)等到英偉達(dá)的行動(dòng),,英特爾率先宣布將為聯(lián)發(fā)科代工芯片。聯(lián)發(fā)科表示,,公司一直采用多源策略,,除了與臺(tái)積電在先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)上保持密切合作外,此次合作將加強(qiáng)我們對(duì)成熟制程節(jié)點(diǎn)的供應(yīng),。因此,,盡管臺(tái)積電是芯片代工領(lǐng)域的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者,掌握著更大的發(fā)言權(quán),,但英特爾的加入實(shí)實(shí)在在為芯片企業(yè)帶來(lái)了新的選擇,。2021年7月,,英特爾就宣布將為高通生產(chǎn)芯片,亞馬遜在此前也成為了其代工業(yè)務(wù)的客戶,。
同時(shí),,美國(guó)補(bǔ)助將推動(dòng)建廠的步伐,而這對(duì)于英特爾的代工業(yè)務(wù)而言將是一個(gè)積極的信號(hào),,逐漸憑借先進(jìn)制程與臺(tái)積電,、三星展開(kāi)正面競(jìng)爭(zhēng)。在2022年9月舉行的英特爾On技術(shù)創(chuàng)新論壇上,,帕特·基爾辛格表示,,英特爾代工服務(wù)將開(kāi)創(chuàng)「系統(tǒng)級(jí)代工的時(shí)代」。而其不同于僅向客戶供應(yīng)晶圓的傳統(tǒng)代工模式,,英特爾提供晶圓制造,、封裝、軟件和芯片,。其中 :晶圓制造:就是針對(duì)客戶提供其創(chuàng)新先進(jìn)制程技術(shù),,如RibbonFET晶體管和PowerVia供電技術(shù)等創(chuàng)新。封裝:為客戶提供先進(jìn)封裝技術(shù),,如 EMIB 和 Foveros,。
芯片:英特爾的封裝技術(shù)與通用芯片藉由小芯片互連產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(UCIe)將幫助來(lái)自不同供應(yīng)商,或用不同制程技術(shù)生產(chǎn)的芯片更好地協(xié)同工作,。軟件:英特爾的開(kāi)源軟件工具,,包括OpenVINO和oneAPI,加速了產(chǎn)品的交付,,使客戶能夠在生產(chǎn)前測(cè)試解決方案,。
從以上的宣示可以看出,英特爾晶圓代工目的是提供從系統(tǒng)級(jí)芯片到系統(tǒng)級(jí)封裝的模式轉(zhuǎn)移,,也是英特爾為了更加開(kāi)放自身代工服務(wù)的一個(gè)展現(xiàn),。而且,除了以「系統(tǒng)級(jí)代工」來(lái)鞏固自己的代工市場(chǎng)之外,,英特爾還計(jì)劃在其芯片設(shè)計(jì)和制造之間建立更大的決策分離,,目的在讓生產(chǎn)線像 Fab 業(yè)務(wù)一樣運(yùn)作,并將來(lái)自英特爾內(nèi)部和外部芯片公司的訂單一視同仁,。這個(gè)決定被稱為英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略的新階段,,這背后的邏輯在于英特爾想將自身芯片設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行拆分的目標(biāo)。戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型之外,,英特爾在發(fā)展路線和產(chǎn)能方面也取得了進(jìn)展,,英特爾制定了加速工藝發(fā)展的計(jì)劃,推翻了傳統(tǒng)的芯片命名方式,制定了到2025年的詳細(xì)發(fā)展路線,,將推進(jìn)Intel 7,、Intel 4、Intel 3,、Intel 20A,、Intel 18A五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)。
理論上,,Intel 20A是和臺(tái)積電2納米相抗衡的制程,,一旦英特爾成功突破Intel 20A量產(chǎn),或有能力與臺(tái)積電2納米制程一較高下,。更先進(jìn)的Intel 18A就是2納米以下的布局了,。因此,從以上的發(fā)展不難感覺(jué)到,,英特爾的目標(biāo)十分明確,,試圖在芯片代工產(chǎn)業(yè)與臺(tái)積電,三星形成三足鼎立格局,,在先進(jìn)制程芯片市場(chǎng)占據(jù)一席之地,。而且,英特爾在 2022 年第三季財(cái)報(bào)中,,透露其已經(jīng)簽訂了全球前十大半導(dǎo)體設(shè)計(jì)廠商中的七家訂單,。所以,上述種種,,都是反映著英特爾有信心喊出2030年成為全球第二大圓晶代工廠的理由所在。
然而,,就在英特爾努力發(fā)展晶圓代工業(yè)務(wù)的同時(shí),,英特爾芯片代工服務(wù)總裁Redhir Thakur就傳出將在2023年第一季離職的消息。做為IDM 2.0的重要關(guān)鍵,,帕特·基爾辛格自然對(duì)IFS以及Randhir Thakur寄予厚望,。而事實(shí)上,在Randhir Thakur其下的IFS也確實(shí)相繼拿下了包括亞馬遜,、高通,、聯(lián)發(fā)科等芯片客戶。帕特·基爾辛格 也稱贊其建立了一個(gè)由臺(tái)積電和三星等領(lǐng)先代工廠資深員工組成,、且經(jīng)驗(yàn)豐富的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì),,并在移動(dòng)和汽車領(lǐng)域贏得了主要客戶。但轉(zhuǎn)型才剛開(kāi)始,,Randhir Thakur 的辭職或許暴露了英特爾的內(nèi)部阻力可能超過(guò)外界想象,,或許這會(huì)是 帕特·基爾辛格 進(jìn)一步拆分芯片設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵。
三星加緊跨越先進(jìn)制程良率鴻溝英特爾計(jì)劃2030年超越三星代工業(yè)務(wù),而三星也揚(yáng)言2030年要超越臺(tái)積電,。其中,,三星早在2019年就定下來(lái)未來(lái)10年內(nèi)超越臺(tái)積電的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),,三星大力投資,、招聘人才,除了先進(jìn)制程持續(xù)加碼之外,,半導(dǎo)體設(shè)備和材料,、IC載板、先進(jìn)封裝等一切與晶圓代工有關(guān)的領(lǐng)域,,都成為了其瞄準(zhǔn)的焦點(diǎn),。這段時(shí)間以來(lái),三星同樣動(dòng)作頻頻,,不僅宣稱將擴(kuò)大部分非存儲(chǔ)芯片如CIS,、DDIC等委外代工,并將擴(kuò)大傳統(tǒng)和特殊制程產(chǎn)能,,預(yù)計(jì)到2024年將傳統(tǒng)和特殊制程的數(shù)量增加10個(gè)以上,。而且,到2027年,,三星電子的傳統(tǒng)和特殊制程產(chǎn)能將達(dá)到2018年的2.3倍,,2027年整體晶圓代工客戶將增加到2019年的5倍。事實(shí)上,,這一策略為其帶來(lái)了重新配置資源和工廠產(chǎn)能的機(jī)會(huì),,達(dá)到更多的產(chǎn)能釋放。在產(chǎn)能調(diào)配下,,三星代工可以承接更多高利潤(rùn)的訂單,,尤其成熟制程設(shè)備多已攤提完畢,使得產(chǎn)品組合調(diào)配上可以更有彈性,。而透過(guò)成熟與特殊制程所獲得的利潤(rùn),,再投入先進(jìn)制程的發(fā)展,這是三星的計(jì)劃關(guān)鍵,。當(dāng)前作為目前全球唯二可以生產(chǎn)5納米以下制程的晶圓代工廠,,三星在先進(jìn)制程上的成就雖然不容小覷。不過(guò),,相較臺(tái)積電來(lái)說(shuō)總是棋差一招,。先前例子來(lái)說(shuō),三星7納米量產(chǎn)之后,,臺(tái)積電宣布5納米量產(chǎn),,三星5納米量產(chǎn)之后,,臺(tái)積電又宣布4納米試產(chǎn),總是跟不上臺(tái)積電的步伐,。不過(guò),,現(xiàn)階段三星在更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)上看到了追趕的機(jī)會(huì)。三星3納米制程率先采用GAA技術(shù),,而且不僅領(lǐng)先臺(tái)積電量產(chǎn),,成為全球首個(gè)量產(chǎn)3納米制成的代工廠,三星乘勝追擊,,還計(jì)劃2023年推出第二代3納米制程,,并更進(jìn)一步計(jì)劃到2025年發(fā)展達(dá)到2納米制程,到2027年達(dá)到1.4納米制程,。對(duì)于這一發(fā)展的目標(biāo),,研究機(jī)構(gòu) Isaiah Research 認(rèn)為,三星的計(jì)劃是有可能的,,只是屆時(shí)量產(chǎn)的規(guī)模跟良率好壞都需要持續(xù)關(guān)注,。另一研究機(jī)構(gòu)Gartner也分析,三星的三家美國(guó)大客戶的業(yè)務(wù)在2021年增加了一倍以上,。
2022年雖有高通和英偉達(dá)轉(zhuǎn)單臺(tái)積電,,但總體基本盤(pán)仍維持。三星代工部門(mén)副總裁 Moon-sooKang 在 2022 年第一季的投資人會(huì)議上證實(shí),,三星已經(jīng)有未來(lái)五年的訂單,。他指出,這些訂單是三星去年代工銷售額的8倍,。另外,,還值得關(guān)注的客戶是高通,因?yàn)槠湫Q在未來(lái)3納米,、4納米移動(dòng)處理器將由臺(tái)積電代工,,但進(jìn)入GAA技術(shù)制程后,將采取同步下單三星和臺(tái)積電等多家代工廠的策略,,這意味著臺(tái)積電將不再獨(dú)享高通的先進(jìn)制程訂單,,三星或憑借3納米率先采用GAA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)獲得更多客戶,。只是,,要贏得客戶訂單,三星的良率一直是要努力跨過(guò)的門(mén)檻,。據(jù)了解,,三星4納米的良率從2022年初35%持續(xù)往上走,但目前提升到多少仍未知,,而相較臺(tái)積電4納米的70%良率,,三星仍存在一定差距,。而且,目前三星的先進(jìn)制程客戶群多為中小客戶,,從產(chǎn)能角度如何競(jìng)爭(zhēng)大客戶的青睞仍待努力,。臺(tái)積電先進(jìn)制程優(yōu)勢(shì)將持續(xù)擴(kuò)大針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,一方面是英特爾的轉(zhuǎn)型,,另一方面是三星努力提升良率,,臺(tái)積電則是努力擴(kuò)產(chǎn)滿足全球客戶需求中。目前臺(tái)積電斥資120億美元在美國(guó)亞利桑那州5納米晶圓廠Fab21即將完成土建工程,,預(yù)計(jì)將于12月6日舉行首批機(jī)臺(tái)設(shè)備移機(jī)典禮,,目前已有大批臺(tái)灣地區(qū)受訓(xùn)工程師已經(jīng)前往當(dāng)?shù)兀涠Y還將迎接美國(guó)總統(tǒng)拜登的親自參訪,。
另外,,日前臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀也證實(shí)將在美國(guó)建3納米工廠的消息。不過(guò),,張忠謀并未透露臺(tái)積電美國(guó)3納米廠的投資規(guī)模以及啟動(dòng)的時(shí)間,。根據(jù)市場(chǎng)人士表次,預(yù)計(jì)未來(lái)3納米廠的產(chǎn)能也將會(huì)是每月2萬(wàn)片規(guī)模,,目前正開(kāi)始安排人力規(guī)劃,,預(yù)計(jì)投資規(guī)模也將達(dá)到120億美元。這也將是臺(tái)積電在美國(guó)的第三座晶圓廠,,雖然對(duì)于臺(tái)積電來(lái)說(shuō),,在美國(guó)制造芯片的成本要更高,不過(guò),,因?yàn)檫@并不是從商業(yè)成本考慮的決策,。張忠謀曾表示,實(shí)際在美國(guó)制造芯片的成本比臺(tái)灣貴50%,,臺(tái)積電在美國(guó)建5納米晶圓廠因應(yīng)美國(guó)政府的發(fā)展計(jì)劃與當(dāng)?shù)乜蛻舻男枨?。雖然,美國(guó)推出的《科學(xué)與芯片法案》刺激了不少半導(dǎo)體投資,,但張忠謀曾表示,,這個(gè)補(bǔ)貼金額遠(yuǎn)低于提振本土芯片制造所需金額。因此,,美國(guó)的芯片產(chǎn)量會(huì)增加,,但是單位成本將增加,
美國(guó)很難在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng),。而臺(tái)積電在亞利桑那州興建完5納米廠之后,,還計(jì)劃興建3納米廠的原因,主要是在當(dāng)前市場(chǎng)趨勢(shì)和貿(mào)易關(guān)系下,,美國(guó)客戶在臺(tái)積電營(yíng)收當(dāng)中的總體占比正在持續(xù)提升,,是促使臺(tái)積電赴美建先進(jìn)制程晶圓廠的一大因素,。根據(jù)統(tǒng)計(jì),2021年美國(guó)是臺(tái)積電最大的銷售市場(chǎng),,較2020年成長(zhǎng)24%,,營(yíng)收占比為64%。其中,,蘋(píng)果一家占據(jù)了臺(tái)積電超過(guò)四分之一的營(yíng)收,。同時(shí),日前市場(chǎng)消息傳出電動(dòng)車大廠特斯拉預(yù)計(jì)將4納米和5納米制程技術(shù)的芯片委托給臺(tái)積電,。如果屬實(shí),,特斯拉將進(jìn)入臺(tái)積電前7大客戶公司,進(jìn)一步提升美國(guó)客戶的占比,。此外,,
臺(tái)積電赴美建先進(jìn)制程晶圓廠,也在一定程度上因應(yīng)了美國(guó)客戶的供應(yīng)來(lái)源地分散化的供應(yīng)鏈安全需求,。彭博社報(bào)導(dǎo)指出,,蘋(píng)果計(jì)劃未來(lái)將從美國(guó)亞利桑那州一座還在建設(shè)當(dāng)中的晶圓廠采購(gòu)芯片,以降低對(duì)亞洲供應(yīng)鏈的依賴,。而蘋(píng)果所指的在建當(dāng)中的晶圓廠外界普遍認(rèn)為就是臺(tái)積電的亞利桑那州晶圓廠,。因此,在這一些列因素帶動(dòng)下,,使得臺(tái)積電在美國(guó)再建先進(jìn)制程晶圓廠,。另一方面,由于臺(tái)積電在芯片制造領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位,,隨著其最新的3納米制程技術(shù)制造成本的上升,,臺(tái)積電也將大幅提高3納米晶圓的價(jià)格。其中,,過(guò)去臺(tái)積電7納米晶圓代工定價(jià)是10,,000美元,到5納米已經(jīng)上升到了16,,000美元,,漲幅高達(dá)60%。隨著臺(tái)積電3納米制造成本的上升,,市場(chǎng)預(yù)計(jì)晶圓代工定價(jià)將超過(guò)20,,000美元,相較5納米制程上漲了25%,,這意味著下一代3納米的CPU和GPU將更加昂貴,。然而,,隨著工藝技術(shù)的提升,,對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備和材料的要求也就越苛刻,,直接導(dǎo)致了制造成本的上升。但相對(duì)來(lái)說(shuō),,
目前能夠提供先進(jìn)晶圓代工服務(wù)的供應(yīng)商也僅有臺(tái)積電和三星兩家廠商而已,。其中,臺(tái)積電一家獨(dú)占大部分的市場(chǎng)比例,。這種近乎壟斷的局面,,也造成了每一代先進(jìn)制程晶圓代工價(jià)格的毫無(wú)阻力上漲,而這也是當(dāng)前IC設(shè)計(jì)企業(yè)希望多源代工戰(zhàn)略的主要因素之一,。只是,,相較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,臺(tái)積電在先進(jìn)制程領(lǐng)域發(fā)展相對(duì)順利,。有消息稱,,盡管如今還未量產(chǎn)3納米制程技術(shù),臺(tái)積電的良率已達(dá)80%,,其最大的客戶蘋(píng)果,,已經(jīng)提前預(yù)定其M3處理器采用臺(tái)積電3納米制程。甚至有消息稱,,臺(tái)積電2納米的風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)良率也已超過(guò)了90%,,蘋(píng)果和英特爾等大企業(yè)也將做為臺(tái)積電2納米制程的的首批客戶。
因此,,面對(duì)英特爾和三星的追趕,,有市場(chǎng)人士認(rèn)為,臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)建立,,且這一優(yōu)勢(shì)建立在先進(jìn)制程上,。臺(tái)積電2021年的財(cái)報(bào)顯示,5納米芯片的出貨量占據(jù)了其總營(yíng)收的20%,,7納米則占據(jù)30%,。這代表先進(jìn)制程幾乎占了臺(tái)積電一半的營(yíng)收,也意味著臺(tái)積電在先進(jìn)制程上與對(duì)手的優(yōu)勢(shì)不但很難縮小,,而且可能進(jìn)一步拉大,。
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