晶圓代工：誰能在極限制程上站穩腳跟?

張心怡

近日有消息稱，英偉達下一代安培架構GPU及高通下一代處理器將采用三星7nm EUV工藝，三星或將打破臺積電在7nm節點一家獨大的局面。在更高端制程節點上，三星在2019三星代工論壇發布了新一代3nm GAA（閘極全環），臺積電則宣布正式啟動2nm工藝的研發，預計2024年投入生產。兩大企業競爭愈演愈烈。英偉達、高通為何考慮轉向三星？除了制程數字，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“念念不忘”，如今，這份執念似乎有了“回響”。在2018年，三星因為EUV技術研發難度大，無法立刻量產，眼睜睜看著臺積電憑借7nm DUV技術“包圓”7nm代工市場。而近期產業鏈消息稱，英偉達綜合代工報價和生產序列，將采用三星7nm EUV工藝生產安培架構GPU，預計2020年投產。高通下一代旗艦SoC驍龍865也將轉向三星的7nm EUV。加上此前IBM宣布采用三星7nm EUV加工Power處理器，以及預計采用自家工藝的三星Exynos 9825.三星在7nm市場展現強勢姿態。

在7nm EUV節點，臺積電已經傳出量產消息，高通、英偉達為何考慮從臺積電轉向三星？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，對任何產品、技術來說，如果只有單一的供應商，對于買方客戶是不利的，不僅會壓縮買方的議價空間，也不利于供應鏈安全。在這種情況下，買房客戶往往會基于成本、價格、技術、競爭關系等因素，選擇第二家供應商，促進良性競爭。目前來看，三星7nmEUV能滿足英偉達、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，“一家獨大”的技術，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，先進制程代工或將由一家獨占發展為雙雄分食。

制程數字不是唯一訴求

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。從制程數字來看，三星領先于臺積電，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。Gartner半導體和電子研究副總裁盛陵海向《中國電子報》記者表示，除了制程數字，路線圖、服務、產能、質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CEO黃仁勛曾在演講中表示，英偉達更看重芯片的性能、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。代工廠商的技術積累與生態構建，也直接影響“奪單”能力。以臺積電、三星為例，李珂向記者介紹，臺積電在產業生態上具有先發優勢，技術、工藝、IP積累相對充足，與7nm設備、材料等上下游廠商建立了合作關系。三星在7nm領域是后來者，但近幾年借DRAM漲價的勢頭營收猛漲，能夠支持先進工藝的長期大規模投入，已經有了與臺積電開展競爭的勢頭。

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

3nm以下仍有剛需

在今年4月三星、臺積電連續宣布最新制程計劃時，提及的數字還是7nm、6nm、5nm，在三星公布3nm技術路線后，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，在3nm、2nm、1nm節點，能夠跟髓代工廠商繼續微縮制程的客戶企業將十分有限。

三星計劃2021年量產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，已經將3nm工程設計套件發送給半導體設計企業，共享人工智能、5G移動通信、無人駕駛、物聯網等創新應用的核心半導體技術。臺積電的3nm和2nm預計于2022年和2024年投產，臺積電副總經理陳平指出，無論是智能手機、高性能計算機、自動駕駛汽車和物聯網產品，都需要各種各樣且越來越先進的工藝技術加持。

高端、專業化領域，仍然對計算能力提升有著持續的需求，但消費級產品能否繼續下探制程，以規模化生產攤薄成本，則變得準以預測。對代工廠商來說，誰能率先與客戶開發出具備經濟效益的量產模式，就有機會在“極限”制程站穩腳跟。李珂向指出，從應用角度來說，3nm、2nm的產品類別有存儲器、大規模超算CPU、高端FPGA，消費類產品很難大規模應用2nm、3nm器件。陳彥尹則認為，包含手機、高速電腦等高效能應用，是先進制程的剛性需求，先進制程必然持續演進。

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