電子發(fā)燒友報道（文/梁浩斌）在10nm及以下先進(jìn)制程的競爭中，臺積電與三星已經(jīng)成為了唯二的對手。在2020年5nm實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時，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”的一代產(chǎn)品。

當(dāng)然，如今各家晶圓代工廠對于工藝節(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工藝就跟臺積電10nm的晶體管密度幾乎相同，而英特爾最近也將他們原本的10nm Enhanced SuperFin工藝，命名為Intel 7。從TechCenturio的數(shù)據(jù)來看，英特爾10nm的晶體管密度其實(shí)與臺積電第一代的7nm相當(dāng)。

值得一提的是，在性能上落后的同時，臺積電5nm量產(chǎn)的時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工藝節(jié)點(diǎn)。早在臺積電之前，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，要搶先在臺積電之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

三星推遲3nm量產(chǎn)時間：一場與時間的賽跑

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，臺積電今年8月也宣布推遲3nm量產(chǎn)的時間。

對于晶圓代工領(lǐng)域，制程工藝的競爭是一場與時間的賽跑。臺積電憑借在7nm、5nm節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)時間上的巨大領(lǐng)先優(yōu)勢，獲得了蘋果、AMD等大客戶青睞。也正是憑借各個工藝節(jié)點(diǎn)上積累下來的口碑，臺積電在此前新工藝節(jié)點(diǎn)還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時，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積電不少大客戶的訂單，實(shí)現(xiàn)了收入的大幅度增長。不過后來還是因?yàn)榕_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)致銷售額下滑。

三星在2018年公開表示，目標(biāo)是先超越聯(lián)電和格芯，最終超越臺積電成為第一。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，僅次于臺積電。

三星在自己的路線規(guī)劃中，選定了3nm作為超越臺積電的節(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。

不過三星認(rèn)為，納米線溝道設(shè)計過于復(fù)雜，相比性能上的提升，要付出的成本可能過于巨大。因此三星改進(jìn)了GAA形式，采用MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應(yīng)管)，將GAAFET中的納米線換成更簡單的納米片堆疊。三星表示MBCFET的設(shè)計可以兼容FinFET技術(shù)，在面積不變的情況下提升性能，并保留GAAFET的全部優(yōu)點(diǎn)。

在7號的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。而這個數(shù)據(jù)，要比臺積電N3領(lǐng)先不小。

主要原因是，臺積電在3nm節(jié)點(diǎn)上比較保守，依然選擇了成熟的FinFET工藝來開發(fā)N3制程。從臺積電公開的消息來看，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)時間、技術(shù)先進(jìn)性上超越臺積電。當(dāng)然，這或許是臺積電一直以來的策略，畢竟在20nm節(jié)點(diǎn)上，臺積電就比競爭對手更遲使用FinFET工藝。

另一方面，也可能是臺積電在GAA架構(gòu)上本身就已經(jīng)落后。對于三星和臺積電來說，如果不能在3nm節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)時間上取得領(lǐng)先，那么在市場上將會處于被動地位。而有業(yè)內(nèi)人士表示，臺積電在GAA架構(gòu)的開發(fā)商落后三星12至18個月。而為了N3制程盡快量產(chǎn)，不得不以更穩(wěn)定可靠的FinFET工藝爭取趕在三星之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

晶圓代工市場大變局會出現(xiàn)嗎？

根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，2021第一季度晶圓代工市場中，臺積電依然處于絕對霸主的地位，市場份額高達(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，臺積電作為晶圓代工模式的開創(chuàng)者，已經(jīng)積累了太多資源，似乎已經(jīng)沒有人可以撼動臺積電的地位。

晶圓代工是一個重資產(chǎn)高投入的行業(yè)，三星為了追趕臺積電，計劃在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)。而臺積電也已經(jīng)宣布未來三年內(nèi)向代工業(yè)務(wù)投資1000億美元，以維持自己的市場地位。

正如英特爾在10nm的技術(shù)路線上遇到的問題，14nm一用就是5年，臺積電是否也會遇到這樣的情況？我們不得而知，但臺積電的競爭對手確實(shí)已經(jīng)開始提速。

在這次Foundry Forum上，三星還宣布計劃在2025年量產(chǎn)2nm節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品，并在2026年開始開始大量上市。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（類似于臺積電3nm），而英特爾2nm制程甚至比三星還要早，預(yù)計在2024年量產(chǎn)基于GAA技術(shù)的Intel 20A。

但計劃終歸是計劃，跳票才是常態(tài)，未來先進(jìn)制程競爭對晶圓代工市場的影響還得且看且行。