三星、英特爾都在“覬覦”晶圓代工大市場，這一先進工藝是反超關鍵？

近日，在韓國科學技術院（KAIST）的演講中，三星電子芯片業務負責人Kyung Kye-hyun表示，三星將在五年內超越競爭對手臺積電，在芯片代工領域處于領先地位。除了三星，重回代工領域的英特爾也放言，在2030年之前成為該市場的第二大玩家。代工市場硝煙起，市場地貌又將如何重塑？

三星放言：5年內超越臺積電

Kyung Kye-hyun表示，當下臺積電在芯片制造方面遠遠領先于三星。他認為三星需要五年時間才能趕上并超過臺積電，盡管兩家公司目前都在生產3nm半導體，這些技術的營銷名稱可能相似，但它們在設計上完全不同。具體來看，三星使用的是最新的GAA技術制造晶體管，而臺積電則依賴成熟的FinFET。

Kyung Kye-hyun補充，使用GAA至關重要，或成為三星彎道超車的關鍵。目前三星4nm技術目前比臺積電落后約兩年，3nm技術落后約一年。但當臺積電轉向2nm時，這種情況將會改變”。業界消息顯示，臺積電計劃在2nm制程時使用GAA技術。Kyung Kye-hyun認為三星將有機會迎頭趕上，因為臺積電預計將因新技術而變得更加困難。

三星發言人強調，“客戶對三星的3nm GAA工藝贊不絕口”，Kyung Kye-hyun表示，“我不能說出任何名字，但幾乎所有知名公司現在都在與我們合作。”與此同時，Kyung Kye-hyun指出，三星也在努力提高其芯片封裝技術，以保持領先于競爭對手。

此外，近期業界人士透露，AMD已將部分4nmCPU芯片訂單從臺積電轉移到三星。據悉，AMD已與三星電子簽署協議，或利用三星的4nm節點來制造其部分移動SoC，該消息人士進一步指出，三星或將制造AMD的Chromebook APU。公開資料顯示，代號“鳳凰”的銳龍7040系列處理器是AMD低功耗筆記本處理器，后綴為U，TDP為15-28W。這些芯片最初定于3月發布，但尚未進入零售市場，暫定發布日期為2023年5月。

臺積電、三星激戰2nm

盡管量產2nm芯片依然還需時日，但此時此刻，臺積電、三星電子兩家芯片大廠不約而同的尋求下一代EUV光刻機，意味著現在“2nm技術戰”已經打響。

“到了未來的技術節點，間距微縮將減緩，硅晶體管似乎只能安全地微縮至2nm，而在那之后，我們可能就會開始使用石墨烯。”芯片制造的核心軟件EDA巨頭新思科技（Synopsys）研究專家Victor Moroz的這句話道出了2nm技術的重要性：2nm是硅芯片的最后一戰。

當投入百億，甚至是千億美元，如今這場“2nm技術戰”中，臺積電和三星電子兩家公司分別在晶體管結構、光刻、材料、封裝等進行核心技術創新競爭。

首先是新的晶體管結構。

臺積電2nm采用納米片晶體管（GAAFET）結構，相比目前5nm鰭式場效應晶體管（FinFET）架構，GAAFET能更好控制漏電，且性能提升10%-15%，功耗卻降低25%-30%。

實際上，芯片內部的場效應晶體管，分別包括源極（Source）、漏極（Drain）和柵極（Gate）三部分。隨著芯片越做越精密，塞下的晶體管越來越多，柵極越來越細，導致電流就容易“漏出”。

為了解決該問題，科研人員研發出FinFET工藝，增加柵極的接觸面積，減少電流漏電事件，同時芯片性能也能得到提升——類似“褲腰帶”變成“帶扣皮帶”的方案。

而2nm使用的新的GAAFET結構，則是將柵極和漏極徹底包裹住，更好地控制漏電電流。

相比臺積電，三星更勝一籌，決定在本周開始量產的3nm上，使用GAAFET結構，比臺積電提前三年。而且，三星和IBM還分別推出了納米片MBCFET、垂直晶體管VTFET兩種結構，后者提供2倍的FinFET性能，功耗減少85%。不過MBCFET和VTFET目前沒有量產跡象。

其次是新的光刻機設備。

工欲善其事，必先利其器。

阿斯麥（ASML）最新研發的高數值孔徑極紫外光（high-NA EUV）光刻機，是2nm工藝的關鍵工具，成為三星、臺積電爭奪的焦點。

光刻機被譽為“皇冠上的明珠”，其利用特殊的光源和玻璃，將晶體管和設計好的電路圖投射到硅芯片，來繪制芯片電路，其大小相當于一輛公交車，一家先進芯片工廠通常需要9~18臺這樣的設備。

芯片制造離不開光刻機，且制程越先進，其重要性越凸出，占芯片制造總成本比例也越高，總體來看，光刻機的成本占總設備成本的30%。

沒有EUV光刻機，就無法制造先進制程芯片。而目前EUV光刻孔徑為0.33NA，最多制造3nm芯片。

隨著芯片越來越精密，更高數值的孔徑意味著更小的光線入射角度，也意味著能夠用來制造尺寸更小、速度更快的芯片。如今，三星、臺積電都希望通過獲得下一代EUV光刻機，從而在未來2nm技術競爭上占據優勢。

最先進的高數值孔徑EUV光刻機，目前只有ASML能夠生產。然而，光刻機設備開發難度很大，一年只能生產十幾臺。隨著全球芯片短缺，ASML不得不延遲交付，產能有限，廠商們要買到，并不容易。

此次李在镕到訪歐洲，主要目的之一就是到荷蘭采購ASML下一代EUV光刻機。更早之前，英特爾CEO基辛格為了能追趕臺積電、三星，不止是投資入股阿斯麥公司，還提早花高價訂購EUV光刻機制造產能。

據ASML公布的數據，新的EXE:5000系列high-NA EUV光刻機，鏡頭數值孔徑從0.33NA變為0.55NA，孔徑大小增加了67%，有望實現8nm的分辨率。預計這種設備非常復雜、非常大且價格昂貴——每臺的成本將超過4億美元。

最后是新材料、新的封裝互聯技術。

其中，材料方面，二維材料是目前半導體行業所關注的重點。臺積電此前曾提到，臺積電正在研究包括二硫化鎢（WuS2）和碳納米管等二維材料。相比于當前的硅材料，二維材料能夠更有效地移動電子，并讓芯片實現更節能的計算，更適用于2nm及之后的先進制程。

封裝互聯方面，臺積電推出新的系統整合晶片堆疊（TSMC-SoIC）互連技術，解決3D封裝堆疊問題，到2035年前，臺積電有望實現1μm以內的SoIC互連，從而提高芯片整體供電性能，降低整體電阻，避免受到功率密度提升和電源電壓下降的影響。

面對臺積電當時的風光，三星正苦苦追趕。為了搶在臺積電之前完成3nm研發，三星芯片制造工藝直接跳過4納米，從5nm上升到3nm。

如今，臺積電、三星兩家公司都爭奪光刻機，選擇非常激進的技術路線制造2nm。但三星的良率、功耗技術上一直是個大問題，尤其曾出現推遲發布的情況，2nm也可能虎頭蛇尾。

有消息指，臺積電有望成為全球第一家率先提供2nm制程代工服務的晶圓廠。

英特爾重拾晶圓代工業務

自從在7nm工藝上掉隊之后，大家都認為曾經的王者intel，在工藝上已經追不上臺積電、三星了，只能跟在后面，看別人表演了。

但英特爾可不服輸，覺得既然自己的IDM模式，干不過臺積電、三星的純Foundry模式，那就是搞個IDM2.0計劃出來，一邊自己給自己造芯，一邊學臺積電、三星也搞Foundry的代工模式。

英特爾動作迅速，迅速拿出了產能來承接IC設計廠的訂單，還并購了現成的、排名在全球Top10的晶圓代工企業高塔半導體。同時還公布了全新的工藝節點路徑和名稱，比如不再叫5nm、3nm等，而是改為intel7、intel4、intel20、intel18等。

而當臺積電、三星表示今年要進入3nm，2024年左右進入2nm時，英特爾也表示，它的intel18，也就是其1.8nm也將提前于2024年下半年投產。

很明顯，intel就是要挑戰臺積電、三星的領先地位，做到與這兩大巨頭的工藝制程上基本一致，再也不想落后了。

事實上，在英特爾公布的2022財年第一季度財報中，我們發現其晶圓代工業務相當亮眼，營收達到了2.83億美元，較2021 年同期增長175%，排在全球第11位的樣子。

這還是在沒有算上高塔半導體營收的情況之下，要是算上高塔半導體的營收，英特爾在晶圓上面的營收，已經能夠排在全球第7名了。

可以預料的是，接下來英特爾在晶圓代工業務上還會繼續發力，再將高塔半導體的營收并表后，英特爾和臺積電、三星相比，營收相差就不會太遠了，最大的差距也就只體現在工藝上了。

再考慮到英特爾在不斷的提升工藝，以及2024年要進入1.8nm的說法，可以想象的是英特爾的晶圓代工戰，是全面開打了，就看英特爾這個曾經的王者，能不能“一雪前恥”，在工藝制程上進步迅速，追上甚至超過臺積電、三星了。


總結

從臺積電、三星、英特爾的對外發言看，其是非常樂意尋求外部合作，為各類企業代工芯片的。代工工藝的精進還需要量的支撐，而先進工藝的演進，則需要龐大的經驗支持。

總體來看，當代晶圓代工之爭愈發強勁，拼產能拼制程拼產業格局，各大企業招數層出不窮，未來市場格局將迎來何種變數，我們拭目以待。