從代工廠看先進制程

來源：?半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

臺積電已于近日發(fā)布了2021年第四季度財報。數(shù)據(jù)顯示，臺積電7nm及以下制程貢獻營收達到一半。其在先進制程的發(fā)力可見一斑。魏哲家還預(yù)計，臺積電將于2025年推出2nm芯片。

業(yè)界普遍將7nm及以下制程歸為先進制程，目前，只有臺積電和三星在先進制程上有量產(chǎn)能力。面對先進制程，市場一方面在高調(diào)喊出補充28nm制程，一方面頭部企業(yè)很誠實地給有7nm以下代工廠下單。市場也在用產(chǎn)能投票，主攻先進制程和主攻成熟制程的代工廠可能因此分流。

1、望塵莫及的臺積電

在本次臺積電的發(fā)布會上，臺積電表示到2025年，將投入預(yù)計440億美元用于研發(fā)，八成費用將用于先進制程。

2021年全年，臺積電7nm以上制程占比繼續(xù)減小，而7nm營收占比上漲2%，5nm占比提升最大，2021年底達到19%。目前，臺積電5nm制程工藝已經(jīng)逐步從N5過渡到N4。?

2021年10月，臺積電正式推出N4P，但仍屬于5nm工藝版本。它是臺積電繼 N5、N5P、N4?后的第四個 5nm?工藝。在前幾日召開的臺積電財報發(fā)布會上，臺積電表示N3將計劃于2022年推出，N3E將于2023年推出。當(dāng)N3開始風(fēng)險試產(chǎn)時，臺積電將率先進入3nm時代。臺積電曾經(jīng)表示，N3將繼續(xù)使用FinFET晶體管技術(shù)，業(yè)內(nèi)人士稱這表示3nm仍然不是臺積電的極限與瓶頸。

早在2020年，有消息表示臺積電已經(jīng)在2nm的制程上取得了研發(fā)進步。與3nm\5nm使用的FinFET晶體管技術(shù)不同，臺積電2nm技術(shù)將使用MBCFET技術(shù)（多橋通道場效電晶體技術(shù)）。這一技術(shù)仍然以GAA為基礎(chǔ)，以此解決FinFET因制程微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問題。

此前在2021年年初，臺積電公布300億美元年度預(yù)算，其中80%將會投入到7nm及以下制程的芯片研發(fā)與晶圓產(chǎn)能擴張。而數(shù)據(jù)證明，高額的投入給臺積電帶來了豐厚營收回報，2021年，臺積電在5nm的營收已超2300億元新臺幣，比去年多了1400億。有供應(yīng)鏈人士稱，臺積電5nm代工最大客戶是蘋果，iPhone 13所用的A15處理器以及MacBook的M1/M1 Pro/M1 Max等芯片都是臺積電的5nm訂單。蘋果給臺積電貢獻了超過1/4的營收，成為臺積電先進制程的最大試驗田。此外，AMD的Zen4處理器以及聯(lián)發(fā)科的天璣系列、高通驍龍也都是臺積電的大客戶。

來源：Digitimes asia、彭博社

雖然 2022年剛開始不到1個月，但是臺積電預(yù)收款已創(chuàng)新高，各大fabless已經(jīng)預(yù)付1500?億新臺幣的款項，相比于去年第三季度旺季的預(yù)付款1063.29?億新臺幣仍然高出一截，這與此前Q1的傳統(tǒng)淡季相比，結(jié)果令人咋舌。而預(yù)付款中，多是AMD、蘋果、NVIDIA?下的先進制程訂單，有報道稱，蘋果已經(jīng)為A16處理器包下12-15萬片4nm產(chǎn)能。

2、三星落后半步

The Information Network曾經(jīng)預(yù)測，臺積電領(lǐng)先三星在晶圓代工的先進制程產(chǎn)能規(guī)模約242%到460%不等。市場預(yù)估2021年臺積電5nm的月產(chǎn)能已經(jīng)可以穩(wěn)定在12萬片，而三星的5nm月產(chǎn)能約為3.5萬片。

三星電子表示，通過其S3和S4晶圓廠的生產(chǎn)以及2021年S5晶圓廠第一階段上線，該公司目前的綜合代工產(chǎn)能已增長至2017年水平的1.8倍。而到了2026年，隨著S5進入第二階段，三星預(yù)計在美國的工廠將可以量產(chǎn)，其總產(chǎn)能預(yù)計將達到2017年產(chǎn)量的三倍以上。

在更為先進的制程上，三星同樣落后于臺積電。在臺積電繼續(xù)圍繞FinFET打造3nm時，三星已經(jīng)轉(zhuǎn)向GAA，無法在FinFET繼續(xù)延申。臺積電按照N7\N5\N3的技術(shù)進行迭代，而三星按照7LPP\5LPE、4LPE進行演進。在5nm上，N5領(lǐng)先于5LPE，專業(yè)人士稱5LPE不能算是完整的工藝迭代，其晶體管密度在“命名”和“實際”之間保持了較大差距。臺積電為華為生產(chǎn)的麒麟9000和三星為高通生產(chǎn)的驍龍888的表現(xiàn)就說明了這個問題。

三星為高通生產(chǎn)Gen1，臺積電為聯(lián)發(fā)科代工9000，同為4nm，后者表現(xiàn)更好。來源：Geekbench

曾經(jīng)，三星電子因為良品率問題一直受到Fabless詬病。全球5/7nm工藝的主要客戶中，只有高通、英偉達和IBM表示愿意采用三星電子的先進工藝技術(shù)，蘋果、聯(lián)發(fā)科、AMD、英特爾、賽靈思、博通都與臺積電保持穩(wěn)定的合作關(guān)系。

2022年，有消息稱，高通和英偉達也開始在臺積電下單，如果三星電子先進工藝的成品率低于他們的預(yù)期，他們可能會將更多訂單轉(zhuǎn)移到臺積電。如果是這樣，三星電子將更難從其他潛在客戶那里獲得訂單。

2022年將仍然是臺積電與三星兩家代工廠晶圓產(chǎn)能獨大的局面。作為最大的Foundry,臺積電不與客戶競爭，憑借穩(wěn)固的客戶關(guān)系形成代工的規(guī)模經(jīng)濟，對fabless和臺積電本身帶來好處。不過，三星也有其優(yōu)勢。三星有生態(tài)系統(tǒng)整合與終端產(chǎn)品市場積累，對部分想要出海的半導(dǎo)體廠來說更有誘惑，這些公司可以與三星商討代工與產(chǎn)品兩條路徑，代工結(jié)束后加入三星的產(chǎn)品中也不是不可能。

3、瘋狂趕上的“圈外人”

如果說先進制程是個圈，英特爾或許是離這個圈最近的“圈外人”。

2022年1月21日，英特爾在美國俄亥俄州建廠的消息引起大量關(guān)注。英特爾計劃200?億美元建造兩座先進制程工廠。英特爾表示將于2022年底開始建設(shè)，將于2025年開始生產(chǎn)。該計劃最終的投資額或?qū)⒏哌_1000億美元，共覆蓋建設(shè)8家制造廠。

這是英特爾近 40?年來首次在新地區(qū)投資建設(shè)晶圓廠。IDM2.0公布之后，這次的建設(shè)將是策略性的。面對臺積電、三星在半導(dǎo)體制造上的大舉投資，英特爾也在積極應(yīng)對。圍繞2/3nm先進工藝，也許我們可以看到三家在對決。

此前《Digitimes》報導(dǎo)，雖然英特爾指出，臺積電7nm制程電晶體的密度，不過只相當(dāng)于自家10nm，但主要服務(wù)自家設(shè)計生產(chǎn)產(chǎn)品，并非其他IC設(shè)計公司。據(jù)美國科技網(wǎng)站SDxCentral消息，英特爾7nm制程處理器延后至2023年推出，臺積電更先進3nm制程芯片則于2022下半年就開始量產(chǎn)。

根據(jù)英特爾IDM 2.0 roadmap，當(dāng)俄亥俄的新工廠開始量產(chǎn)時，英特爾將達到Intel20A 節(jié)點（5nm?制程），這時英特爾將重新回到與臺積電、三星相同的領(lǐng)先地位。

ASML在1月19日的財報發(fā)布會上更側(cè)面表露了英特爾的大手筆投資，英特爾已在本月向 ASML?發(fā)出了此類機器的第一筆采購訂單。第一臺EUV原型機將于 2023?年完成，預(yù)計由 IMEC裝機，2025?年后將量產(chǎn)，第一臺EUV原型機將交付給英特爾。

4、成熟制程市場悶聲發(fā)財？

在2021年Q4的財報發(fā)布會上，臺積電表示2021年全年的利潤率是51.6%，比2020年下降1.5個百分點，不及預(yù)期。摩根大通預(yù)測，這與5nm的增產(chǎn)成本有關(guān)。而相反的是，中芯國際、華虹的利潤率接連季度上漲。兩者是全球成熟制程的代表，在缺芯的浪潮中， 28nm的半導(dǎo)體產(chǎn)品炙手可熱，這成為中芯國際等公司營收的最大來源。

無獨有偶，美國CNBC報道，芯片代工大廠格芯首席執(zhí)行官Tom Caulfield表示，自2020年8月以來公司產(chǎn)能就不足，產(chǎn)能利用率超過100%，到2023年底產(chǎn)能全部售完。他指出5~10年大部分時間，格芯將追求供應(yīng)而不是需求。

2018年，格芯做出策略性重大決定，停止在臺積電和三星等代工企業(yè)投資的先進芯片制程的競爭，專注不那么先進但仍至關(guān)重要的制程。Tom表示，這個決策給格芯帶來了不一樣的發(fā)展。

同樣在2018年，聯(lián)電宣布不再投資12nm以下的先進制程，這一年聯(lián)電采用了共同總經(jīng)理制后，新上任的兩位高管做出了一項極為大膽的舉動。聯(lián)電表示，公司已經(jīng)疲于追逐臺積電。別人剛一追上，臺積電就迭代，客戶就會選擇臺積電。聯(lián)電公開表示，“我們的 EPS（每股稅后純益）是用力擰毛巾擠出來的…（此后），ROI?將是我們決策的重要指針?！?/p>

主動退出先進制程競爭的格芯、聯(lián)電，都在成熟制程尋找到了自己的安心之地。但是，對于想要進入先進制程但是沒法購買EUV的中芯國際，可能，不是最優(yōu)解。

封面圖片來源：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

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審核編輯：符乾江