電子發(fā)燒友報(bào)道（文/梁浩斌）在10nm及以下先進(jìn)制程的競(jìng)爭(zhēng)中，臺(tái)積電與三星已經(jīng)成為了唯二的對(duì)手。在2020年5nm實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)，同樣的Cortex-A76內(nèi)核在基于三星的5nm制程芯片上，同頻功耗要比基于臺(tái)積電5nm制程的芯片高出20%-30%，因此三星的5nm也被不少人認(rèn)為是“翻車(chē)”的一代產(chǎn)品。

當(dāng)然，如今各家晶圓代工廠對(duì)于工藝節(jié)點(diǎn)上的命名更像是玩“數(shù)字游戲”。比如三星當(dāng)年的8nm工藝就跟臺(tái)積電10nm的晶體管密度幾乎相同，而英特爾最近也將他們?cè)镜?0nm Enhanced SuperFin工藝，命名為Intel 7。從TechCenturio的數(shù)據(jù)來(lái)看，英特爾10nm的晶體管密度其實(shí)與臺(tái)積電第一代的7nm相當(dāng)。

值得一提的是，在性能上落后的同時(shí)，臺(tái)積電5nm量產(chǎn)的時(shí)間還比三星提早半年。而作為追趕者，三星似乎將賭注壓在了下一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)。早在臺(tái)積電之前，三星就公布了大量3nm節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)，并高調(diào)放出清晰的路線規(guī)劃，展示出很大的決心，要搶先在臺(tái)積電之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

三星推遲3nm量產(chǎn)時(shí)間：一場(chǎng)與時(shí)間的賽跑

在10月7日的Samsung Foundry Forum 2021上，三星宣布推遲了3nm的量產(chǎn)計(jì)劃，從原本的今年年底量產(chǎn)推遲至明年上半年。有意思的是，臺(tái)積電今年8月也宣布推遲3nm量產(chǎn)的時(shí)間。

對(duì)于晶圓代工領(lǐng)域，制程工藝的競(jìng)爭(zhēng)是一場(chǎng)與時(shí)間的賽跑。臺(tái)積電憑借在7nm、5nm節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)時(shí)間上的巨大領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，獲得了蘋(píng)果、AMD等大客戶青睞。也正是憑借各個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上積累下來(lái)的口碑，臺(tái)積電在此前新工藝節(jié)點(diǎn)還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)，就已經(jīng)獲得大量訂單，包括明年的3nm。

在2015-2016年期間，三星就曾一度奪走了臺(tái)積電不少大客戶的訂單，實(shí)現(xiàn)了收入的大幅度增長(zhǎng)。不過(guò)后來(lái)還是因?yàn)榕_(tái)積電在先進(jìn)制程上的領(lǐng)先，以及三星自家智能手機(jī)芯片的衰退而導(dǎo)致銷(xiāo)售額下滑。

三星在2018年公開(kāi)表示，目標(biāo)是先超越聯(lián)電和格芯，最終超越臺(tái)積電成為第一。實(shí)際上，TrendForce公布的2021年第一季度全球十大晶圓代工廠營(yíng)收排名中，三星已經(jīng)成功超越聯(lián)電和格芯排名第二，僅次于臺(tái)積電。

三星在自己的路線規(guī)劃中，選定了3nm作為超越臺(tái)積電的節(jié)點(diǎn)。早在2018年，三星就宣布在3nm節(jié)點(diǎn)放棄FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管），選擇GAA（Gate-all-around，環(huán)繞柵極）路線，三星的GAA技術(shù)又被稱為MBCFET。


三星官方的資料顯示，一般的GAAFET形式是納米線溝道，溝道的外廓被柵極完全包裹，接觸面積相比于傳統(tǒng)的FinFET更好，意味著更好的靜電特性，并且可以進(jìn)一步縮小尺寸。

不過(guò)三星認(rèn)為，納米線溝道設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，相比性能上的提升，要付出的成本可能過(guò)于巨大。因此三星改進(jìn)了GAA形式，采用MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場(chǎng)效應(yīng)管)，將GAAFET中的納米線換成更簡(jiǎn)單的納米片堆疊。三星表示MBCFET的設(shè)計(jì)可以兼容FinFET技術(shù)，在面積不變的情況下提升性能，并保留GAAFET的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。

在7號(hào)的Foundry Forum上，三星還強(qiáng)調(diào)他們的3nm GAA制程技術(shù)相比5nm可以降低35%的芯片面積，并提高30%性能或降低50%功耗。而這個(gè)數(shù)據(jù)，要比臺(tái)積電N3領(lǐng)先不小。

主要原因是，臺(tái)積電在3nm節(jié)點(diǎn)上比較保守，依然選擇了成熟的FinFET工藝來(lái)開(kāi)發(fā)N3制程。從臺(tái)積電公開(kāi)的消息來(lái)看，N3相比N5在同功耗下提供10%~15%的性能增幅，或者在同性能下降低25%~30%的能耗。

所以，明年的3nm節(jié)點(diǎn)，如果兩家代工廠能按照預(yù)定計(jì)劃實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，那么這一年很可能是三星在先進(jìn)制程技術(shù)上第一次從量產(chǎn)時(shí)間、技術(shù)先進(jìn)性上超越臺(tái)積電。當(dāng)然，這或許是臺(tái)積電一直以來(lái)的策略，畢竟在20nm節(jié)點(diǎn)上，臺(tái)積電就比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更遲使用FinFET工藝。

另一方面，也可能是臺(tái)積電在GAA架構(gòu)上本身就已經(jīng)落后。對(duì)于三星和臺(tái)積電來(lái)說(shuō)，如果不能在3nm節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)時(shí)間上取得領(lǐng)先，那么在市場(chǎng)上將會(huì)處于被動(dòng)地位。而有業(yè)內(nèi)人士表示，臺(tái)積電在GAA架構(gòu)的開(kāi)發(fā)商落后三星12至18個(gè)月。而為了N3制程盡快量產(chǎn)，不得不以更穩(wěn)定可靠的FinFET工藝爭(zhēng)取趕在三星之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

晶圓代工市場(chǎng)大變局會(huì)出現(xiàn)嗎？

根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，2021第一季度晶圓代工市場(chǎng)中，臺(tái)積電依然處于絕對(duì)霸主的地位，市場(chǎng)份額高達(dá)55%，而三星雖然已經(jīng)超宇格芯和聯(lián)電排名第二，但份額只有17%。在近20年間，臺(tái)積電作為晶圓代工模式的開(kāi)創(chuàng)者，已經(jīng)積累了太多資源，似乎已經(jīng)沒(méi)有人可以撼動(dòng)臺(tái)積電的地位。

晶圓代工是一個(gè)重資產(chǎn)高投入的行業(yè)，三星為了追趕臺(tái)積電，計(jì)劃在2030年前投資1160億美元，希望成為全球最大的半導(dǎo)體代工企業(yè)。而臺(tái)積電也已經(jīng)宣布未來(lái)三年內(nèi)向代工業(yè)務(wù)投資1000億美元，以維持自己的市場(chǎng)地位。

正如英特爾在10nm的技術(shù)路線上遇到的問(wèn)題，14nm一用就是5年，臺(tái)積電是否也會(huì)遇到這樣的情況？我們不得而知，但臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手確實(shí)已經(jīng)開(kāi)始提速。

在這次Foundry Forum上，三星還宣布計(jì)劃在2025年量產(chǎn)2nm節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品，并在2026年開(kāi)始開(kāi)始大量上市。另一方面，英特爾今年3月宣布重啟晶圓代工業(yè)務(wù)，表示在2023年下半年量產(chǎn)基于FinFET工藝的Intel 3（類(lèi)似于臺(tái)積電3nm），而英特爾2nm制程甚至比三星還要早，預(yù)計(jì)在2024年量產(chǎn)基于GAA技術(shù)的Intel 20A。

但計(jì)劃終歸是計(jì)劃，跳票才是常態(tài)，未來(lái)先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)對(duì)晶圓代工市場(chǎng)的影響還得且看且行。