晶圓代工：誰能在極限制程上站穩(wěn)腳跟?

張心怡

近日有消息稱，英偉達(dá)下一代安培架構(gòu)GPU及高通下一代處理器將采用三星7nm EUV工藝，三星或?qū)⒋蚱婆_積電在7nm節(jié)點(diǎn)一家獨(dú)大的局面。在更高端制程節(jié)點(diǎn)上，三星在2019三星代工論壇發(fā)布了新一代3nm GAA（閘極全環(huán)），臺積電則宣布正式啟動2nm工藝的研發(fā)，預(yù)計2024年投入生產(chǎn)。兩大企業(yè)競爭愈演愈烈。英偉達(dá)、高通為何考慮轉(zhuǎn)向三星？除了制程數(shù)字，還有哪些要素將影響芯片巨頭對代工廠商的抉擇？

不把雞蛋放在一個籃子里

三星一直對EUV技術(shù)“念念不忘”，如今，這份執(zhí)念似乎有了“回響”。在2018年，三星因?yàn)镋UV技術(shù)研發(fā)難度大，無法立刻量產(chǎn)，眼睜睜看著臺積電憑借7nm DUV技術(shù)“包圓”7nm代工市場。而近期產(chǎn)業(yè)鏈消息稱，英偉達(dá)綜合代工報價和生產(chǎn)序列，將采用三星7nm EUV工藝生產(chǎn)安培架構(gòu)GPU，預(yù)計2020年投產(chǎn)。高通下一代旗艦SoC驍龍865也將轉(zhuǎn)向三星的7nm EUV。加上此前IBM宣布采用三星7nm EUV加工Power處理器，以及預(yù)計采用自家工藝的三星Exynos 9825.三星在7nm市場展現(xiàn)強(qiáng)勢姿態(tài)。

在7nm EUV節(jié)點(diǎn)，臺積電已經(jīng)傳出量產(chǎn)消息，高通、英偉達(dá)為何考慮從臺積電轉(zhuǎn)向三星？多位專家向記者表示，對第二供貨商和降低成本的需求，是各大芯片巨頭考慮三星的主要因素。

賽迪顧問副總裁李珂向《中國電子報》記者指出，對任何產(chǎn)品、技術(shù)來說，如果只有單一的供應(yīng)商，對于買方客戶是不利的，不僅會壓縮買方的議價空間，也不利于供應(yīng)鏈安全。在這種情況下，買房客戶往往會基于成本、價格、技術(shù)、競爭關(guān)系等因素，選擇第二家供應(yīng)商，促進(jìn)良性競爭。目前來看，三星7nmEUV能滿足英偉達(dá)、高通的要求。

集邦咨詢（TrendForce）分析師陳彥尹也向《中國電子報》記者表示，“一家獨(dú)大”的技術(shù)，容易演變成價格過高的賣方市場。近期眾多客戶重新評估和三星未來的合作，先進(jìn)制程代工或?qū)⒂梢患要?dú)占發(fā)展為雙雄分食。

制程數(shù)字不是唯一訴求

三星與臺積電的制程之爭由來已久，但從客戶選擇來看，制程數(shù)字從不是唯一的考慮因素。例如，蘋果A9處理器采用三星14nm和臺積電16rim雙供應(yīng)。從制程數(shù)字來看，三星領(lǐng)先于臺積電，但用戶普遍反映臺積電16nm效能更好，之后蘋果也選擇完全采用臺積電工藝生產(chǎn)。Gartner半導(dǎo)體和電子研究副總裁盛陵海向《中國電子報》記者表示，除了制程數(shù)字，路線圖、服務(wù)、產(chǎn)能、質(zhì)量都會影響客戶對代工廠商的選擇。

性能、功耗，正在成為芯片尤其是移動芯片制造的一等要素。英偉達(dá)CEO黃仁勛曾在演講中表示，英偉達(dá)更看重芯片的性能、能效，而不僅僅是面積大小。李珂也向記者指出，隨著4K/8K的普及，手機(jī)越做越大，相比縮小芯片面積，性能的提升與功耗的降低更為重要。代工廠商的技術(shù)積累與生態(tài)構(gòu)建，也直接影響“奪單”能力。以臺積電、三星為例，李珂向記者介紹，臺積電在產(chǎn)業(yè)生態(tài)上具有先發(fā)優(yōu)勢，技術(shù)、工藝、IP積累相對充足，與7nm設(shè)備、材料等上下游廠商建立了合作關(guān)系。三星在7nm領(lǐng)域是后來者，但近幾年借DRAM漲價的勢頭營收猛漲，能夠支持先進(jìn)工藝的長期大規(guī)模投入，已經(jīng)有了與臺積電開展競爭的勢頭。

封裝技術(shù)是代工廠商的另一條護(hù)城河，頂尖的代工廠商往往具備頂尖的封裝技術(shù)。陳彥尹向記者介紹，先進(jìn)封裝對客戶來說是很重要的評估項目，臺積電的CoWoS和后續(xù)的InFO、SOW等先進(jìn)封裝技術(shù)都是吸引客戶的抓手。Digitimes研究顯示，臺積電2.5D CoWoS工藝技術(shù)，通過采用硅中介層技術(shù)，大幅提升I/O引腳數(shù)，從而提升封裝IC的性能，AI芯片的關(guān)鍵封裝技術(shù)。英偉達(dá)GP100、谷歌TPU2.0等標(biāo)志性AI芯片產(chǎn)品都采用了CoWoS封裝技術(shù)。而臺積電的InFO晶圓級封裝，提升了7nm FinFET技術(shù)的競爭力，是奪得蘋果A10處理器訂單的關(guān)鍵因素。

3nm以下仍有剛需

在今年4月三星、臺積電連續(xù)宣布最新制程計劃時，提及的數(shù)字還是7nm、6nm、5nm，在三星公布3nm技術(shù)路線后，臺積電直接下探到2nm，逼近摩爾定律極限。如果說在7nm、6nm、5nm還有蘋果、高通等大廠能夠跟進(jìn)，在3nm、2nm、1nm節(jié)點(diǎn)，能夠跟髓代工廠商繼續(xù)微縮制程的客戶企業(yè)將十分有限。

三星計劃2021年量產(chǎn)3nm GAA工藝，與7nmFinFET相比，3nm芯片面積能減少45%左右，同時減少耗電量50%，并將性能提高35%。三星方面稱，已經(jīng)將3nm工程設(shè)計套件發(fā)送給半導(dǎo)體設(shè)計企業(yè)，共享人工智能、5G移動通信、無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)新應(yīng)用的核心半導(dǎo)體技術(shù)。臺積電的3nm和2nm預(yù)計于2022年和2024年投產(chǎn)，臺積電副總經(jīng)理陳平指出，無論是智能手機(jī)、高性能計算機(jī)、自動駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，都需要各種各樣且越來越先進(jìn)的工藝技術(shù)加持。

高端、專業(yè)化領(lǐng)域，仍然對計算能力提升有著持續(xù)的需求，但消費(fèi)級產(chǎn)品能否繼續(xù)下探制程，以規(guī)模化生產(chǎn)攤薄成本，則變得準(zhǔn)以預(yù)測。對代工廠商來說，誰能率先與客戶開發(fā)出具備經(jīng)濟(jì)效益的量產(chǎn)模式，就有機(jī)會在“極限”制程站穩(wěn)腳跟。李珂向指出，從應(yīng)用角度來說，3nm、2nm的產(chǎn)品類別有存儲器、大規(guī)模超算CPU、高端FPGA，消費(fèi)類產(chǎn)品很難大規(guī)模應(yīng)用2nm、3nm器件。陳彥尹則認(rèn)為，包含手機(jī)、高速電腦等高效能應(yīng)用，是先進(jìn)制程的剛性需求，先進(jìn)制程必然持續(xù)演進(jìn)。

晶圓代工從不是簡單的數(shù)字游戲。在臺積電、三星的爭奪歷史上，臺積電曾憑借效能和封裝優(yōu)勢，從三星手里“奪得”蘋果;而產(chǎn)能排隊問題，也曾讓高通從臺積電轉(zhuǎn)向三星。效能、成本、配套技術(shù)、生產(chǎn)序列、生態(tài)積累、競爭關(guān)系等種種因素，都會左右芯片巨頭的選擇。誰能同時占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)和市場制高點(diǎn)，才是最后的贏家。