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半导体

晶圆代工竞争,得制程者得天下?

近日有消息称,英伟达下一代安培架构GPU及高通下一代处理器将采用三星7nm EUV工艺,三星或将打破台积电在7nm节点一家独大的局面。在更高端制程节点上,三星在2019三星代工论坛发布了新一代3nm GAA(闸极全环),台积电则宣布正式启动2nm工艺的研发,预计2024年投入生产。英伟达、高通为何考虑转向三星?除了制程数字,还有哪些要素将影响芯片巨头对代工厂商的抉择?

不把鸡蛋放在一个篮子里

三星一直对EUV技术“念念不忘”,如今,这份执念似乎有了“回响”。在2018年,三星因为EUV技术研发难度大,无法立刻量产,眼睁睁看着台积电凭借7nm DUV技术“包圆”7nm 代工市场。而近期产业链消息称,英伟达综合代工报价和生产序列,将采用三星7nm EUV工艺生产安培架构GPU,预计2020年投产。高通下一代旗舰SoC骁龙865也将转向三星的7nm EUV。加上此前IBM宣布采用三星7nm EUV加工Power处理器,以及预计采用自家工艺的三星Exynos 9825,三星在7nm市场展现强势姿态。

在7nm EUV节点,台积电已经传出量产消息,高通、英伟达为何考虑从台积电转向三星?多位专家向记者表示,对第二供货商和降低成本的需求,是各大芯片巨头考虑三星的主要因素。

赛迪顾问副总裁李珂向《中国电子报》记者指出,对任何产品、技术来说,如果只有单一的供应商,对于买方客户是不利的,不仅会压缩买方的议价空间,也不利于供应链安全。在这种情况下,买房客户往往会基于成本、价格、技术、竞争关系等因素,选择第二家供应商,促进良性竞争。目前来看,三星7nm EUV能满足英伟达、高通的要求。

集邦咨询(TrendForce)分析师陈彦尹也向《中国电子报》记者表示,“一家独大”的技术,容易演变成价格过高的卖方市场。近期众多客户重新评估和三星未来的合作,先进制程代工获将由一家独占发展为双雄分食。

制程数字不是唯一诉求

三星与台积电的制程之争由来已久,但从客户选择来看,制程数字从不是唯一的考虑因素。例如,苹果A9处理器采用三星14nm和台积电16nm双供应。从制程数字来看,三星领先于台积电,但用户普遍反映台积电16nm效能更好,之后苹果也选择完全采用台积电工艺生产。Gartner半导体和电子研究副总裁盛陵海向《中国电子报》记者表示,除了制程数字,路线图、服务、产能、质量都会影响客户对代工厂商的选择。

性能、功耗,正在成为芯片尤其是移动芯片制造的重中之重。英伟达CEO黄仁勋曾在演讲中表示,英伟达更看重芯片的性能、能效,而不仅仅是面积大小。李珂也向记者指出,随着4K/8K的普及,手机越做越大,相比缩小芯片面积,性能的提升与功耗的降低更为重要。

代工厂商的技术积累与生态构建,也直接影响“夺单”能力。以台积电、三星为例,李珂向记者表示,台积电在产业生态具有先发优势,技术、工艺、IP积累相对充足,与7nm设备、材料等上下游厂商建立了合作关系。三星在7nm节点是后来者,但近几年借DRAM涨价的势头营收猛涨,能够支持先进工艺的长期大规模投入,已经有了与台积电开展竞争的势头。

封装技术是代工厂商的另一条护城河,顶尖的代工厂商往往具备顶尖的封装技术。陈彦尹向记者表示,先进封装对客户来说是很重要的评估项目,台积电的CoWoS和后续的InFO、SOW等先进封装技术都是吸引客户的抓手。Digitimes研究显示,台积电2.5D CoWoS工艺技术,通过采用硅中介层技术,大幅提升I/O引脚数,从而提升封装IC的性能,AI芯片的关键封装技术。英伟达GP100、谷歌TPU 2.0等标志性AI芯片产品都采用了CoWoS封装技术。而台积电的InFO晶圆级封装,提升了7nm FinFET技术的竞争力,是夺得苹果A10处理器订单的关键因素。

3nm以下仍有刚需

在今年4月三星、台积电连续宣布最新制程计划时,提及的数字还是7、6、5nm,在三星公布3nm技术路线后,台积电直接下探到2nm,逼近摩尔定律极限。如果说在7、6、5nm还有苹果、高通等大厂能够跟进,在3、2、1nm节点,能够跟随代工厂商继续微缩制程的客户企业将十分有限。

三星计划2021年量产3nm GAA工艺,与7nmFinFET相比,3nm芯片面积能减少45%左右,同时减少耗电量50%,并将性能提高35%。三星方面称,已经将3nm工程设计套件发送给半导体设计企业,共享人工智能、5G移动通信、无人驾驶、物联网等创新应用的核心半导体技术。台积电的3nm和2nm预计于2022年和2024年投产,台积电副总经理陈平指出,无论是智能手机、高性能计算机、自动驾驶汽车和物联网产品,都需要各种各样且越来越先进的工艺技术加持。

高端、专业化领域,仍然对计算能力提升有着持续的需求,但消费级产品能否继续下探制程,以规模化生产摊薄成本,则变得难以预测。对代工厂商来说,谁能率先与客户开发出具备经济效益的量产模式,就有机会在“极限”制程站稳脚跟。李珂向记者指出,从应用角度来说,3、2nm的产品类别有存储器、大规模超算CPU、高端FPGA,消费类产品很难大规模应用2、3nm器件。陈彦尹则认为,包含手机、高速电脑等高效能应用,是先进制程的刚性需求,先进制程必然持续演进。

晶圆代工从不是简单的数字游戏。在台积电、三星的争夺历史上,台积电曾凭借效能和封装优势,从三星手里“夺得”苹果;而产能排队问题,也曾让高通从台积电转向三星。效能、成本、配套技术、生产序列、生态积累、竞争关系等种种因素,都会左右芯片巨头的选择。能同时占据技术制高点和市场制高点,才是最后的赢家。

责任编辑:马利亚


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