三星、台积电决战3nm制程:既分高下,也决生死

站长资讯 (20) 2022-08-28 14:37:40

近两年,全球遭遇巨大的芯片危机,各大芯片代工厂即便把所有产线的产能拉满,也难以满足市场的需求,导致芯片价格一路飙升,狂涨数十倍。台积电和三星作为目前全球排名前二的芯片代工厂,更是在这两年中赚得盆满钵满,哪怕台积电不断提高芯片代工价格,订单还是接到手软。特别是下半年3nm工艺量产,更是可能给台积电带来巨幅的营收增长。

近日,中国台湾《工商时报》报道称,台积电3nm工艺完成技术研发及试产工作后,第三季度下旬投片量就会开始拉升,第四季度的月投片量将达到千片以上水准,进入到量产阶段。以目前的情况来看,3nm工艺初期良品率表现比之前的5nm工艺的初期更好,明年即可稳定量产,并开始贡献营收。苹果作为台积电最大客户,将率先尝鲜新工艺,据传M2 Pro就将基于3nm工艺打造。

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(图源:三星官方)

三星作为台积电的老对手自然不会示弱,7月份就已宣布3nm工艺量产并正式出货,比台积电还早。如今,两大芯片代工厂先后迈入到3nm时代,宣告着两家之间的最终战即将拉响。三星为了抢到台积电的订单,更是豪掷50000亿韩元(约合257亿元人民币)扩产4nm工艺,希望拿到高通、AMD、英伟达等大厂的订单。

台积电和三星之间的竞争已持续了近十年,三星这次能否如愿借助3nm工艺实现弯道超车,一举赶超台积电呢?答案可能很快就会揭晓。

台积电、三星的历史恩怨

台积电和三星作为芯片代工厂,自身其实是不会进入芯片研发或销售领域,以避免和客户之间形成竞争。所以,他们最主要的赚钱方式,得依靠苹果、AMD、高通等芯片制造商提供的代工订单。其中,苹果毫无疑问是最大的客户,每年仅iPhone产品可能就需要2亿枚以上芯片,如今再加上M系列,芯片需求量非常夸张。谁能拿下苹果的芯片订单,就意味着你的营收有稳定的保障,而这也真是台积电和三星争夺的目标。

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(图源:苹果官方)

早年,三星其实占据了绝对的优势。2007年乔布斯发布第一代iPhone时,使用的正是从三星采购的ARM架构芯片。后续搭载于iPhone 4、iPhone 4s、iPhone 5、iPhone 5s/5c身上的A4、A5、A6、A7芯片也均由三星代工,那时候还没有台积电什么事。

而转折点出现在2011年,因为三星自己也从事手机研发和销售业务,且是全球最大的手机厂商,如此一来就与苹果在智能手机市场上有了竞争关系。当时,苹果在美国对三星提起诉讼,认为三星第一代Galaxy手机与iPhone长得太像了,侵犯了苹果的若干专利,要求赔偿10.5亿美元。三星自然是不服气,两家就这样互相拉扯,直到2018年6月双方才达成和解。

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(图源:theverge)

苹果与三星闹矛盾,苹果自然不愿意继续找三星代工,所以从2011年起就开启了“去三星化”进程。本来A5、A6和A7芯片都准备找其他厂商代工,但当时的台积电工艺制程不如三星,良品率也远不及预期,苹果只能继续选择三星,直到2014年推出的A8芯片,才全部转由台积电代工。

台积电能顺利从三星手中抢到苹果的订单,一方面是苹果急着寻找可替代的代工商,给台积电制造了很大的机会。另一方面是台积电在20nm工艺上取得重大突破,良品率大幅提升,而三星的20nm工艺突然掉链子,关键问题迟迟无法解决,良品率满足不了苹果的要求。正是这样的天时地利,让台积电成功抱到了苹果这条大腿。

大客户被抢三星自然很不爽,于是决定不搞20nm,选择直接从28nm跳到14nm,对台积电的16nm形成反超。所以,在2015年的A9芯片上,苹果又重新分给三星一部分订单,于是出现台积电代工和三星代工两种版本。理论上,三星14nm表现应该是优于台积电16nm,但消费者的口碑却完全相反,很多人都担忧买到三星代工的版本。

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(图源:9to5mac)

这次的失利,让三星彻底失去苹果的代工订单,之后的A10、A11、A12,以及今年的A16均由台积电代工,制程也从2015年的16nm,稳步提升到4nm。隔壁三星确实也在紧追台积电的步伐,去年也量产了4nm芯片,高通骁龙8 Gen1就是基于三星4nm生产。但实际表现大家都有目共睹,以至于下半年的骁龙8+ Gen1紧急转为台积电4nm代工,这才强行挽回了高通的口碑和市场地位。

在芯片代工赛道上,三星的起点领先了台积电数百米,但奈何中期连续多次失利,才让台积电一步步实现反超,直至今日的大幅领先。台积电飞快的崛起速度,打乱了三星技术迭代的节奏,以至于出现了一代拖垮一代的局面。经过多年的积累,三星和台积电同一代工艺之间也存在明显的性能差距,想要追赶甚至反超,难度确实不小。

三星最后的“背水一战”

其实,三星也清楚自己与台积电之间存在这技术差距,所以想要对台积电形成反超,就必须拿出更强的“杀手锏”。据官方介绍,三星3nm工艺采用了更加先进的GAA环绕栅极晶体管,领先于台积电的FinFET技术。与目前的7nm工艺相比,三星3nm GAA技术的逻辑面积效率提高45%、性能提升35%、功耗降低50%。如果从纸面参数上看,三星3nm确实要强于台积电的3nm,但实际表现如何暂时还未知,希望2015年的情况不会再重演。

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(图源:wccftech)

经历了前几年的连续失利,三星几乎把追赶台积电的全部希望都押注在3nm工艺上。早在2019年,台积电刚推出第二代7nm工艺时,三星就在布局3nm GAA工艺,与新思科技合作完成了3nm芯片的设计研发。尽管量产时间从2021年推迟到2022年,但终究是赶在台积电之前实现量产。可以说,3nm相当于三星最后的“背水一战”,如果能一举追赶台积电,或许未来有机会形成双雄争霸的局面。否则,台积电将彻底垄断全球先进工艺芯片产能,因为接下来的2nm工艺更艰难,即便能量产也是三四年后的事情了。

TrendForce公布的数据显示,2022年一季度台积电在晶圆代工市场的份额高达53.6%,三星排名第二但份额仅16.3%,差距还是相当遥远的。三星3nm工艺虽然率先实现量产,但高通、AMD、英伟达等客户是否会采用还不得而知,更别说从台积电哪里抢回苹果的订单了。可见,即便三星实现对台积电的反超,也挺难挽回当前的市场局面,毕竟两者的差距真的太大了。

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(图源:TrendForce)

如今,全球半导体产业进入到高速发展阶段,先进工艺必然是最关键的技术储备。但说句实话,真正需要用到5nm、3nm工艺制程的芯片产品其实少之又少,每年也就只在手机芯片上看到。英特尔12代酷睿用的还是10nm工艺,AMD即将推出的锐龙7000系列,也才刚刚用上5nm工艺。而这样的水平,芯片性能已完全满足消费者的日常使用需求,大家对3nm乃至更先进工艺其实没有想象中的那么迫切。

3nm工艺确实能显著提升手机芯片的性能及能耗,但目前的手机处理器的性能早已严重过剩,堆砌更多的性能也难以发挥利用。一味地追求工艺制程的进步,其实只是让纸面数据看起来更华丽一些,并不能为用户的实际体验带来多大的提升。并且,处理器使用更先进的工艺制程,也意味着其制造成本更高,手机的价格也就更贵,这部分代价都需要消费者去承担。

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(图源:三星官方)

在小雷看来,台积电、三星发力3nm工艺,更多还是在向行业展示自己的技术实力,以巩固企业在行业和市场中的地位,提高影响力。真正需要用上3nm制程的产品真的很少,电动汽车上大量的芯片其实28nm就足以满足需求。三星3nm如果能成,往后5nm、7nm的订单自然也会相应增加,对提高市场份额有巨大帮助,就看三星能否打赢这场翻身仗了。

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