晶圆代工：谁能在极限制程上站稳脚跟?

张心怡

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。两大企业竞争愈演愈烈。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7nmEUV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，先进制程代工或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16rim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一等要素。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，李珂向记者介绍，台积电在产业生态上具有先发优势，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领域是后来者，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，已经有了与臺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。陈彦尹向记者介绍，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TPU2.0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7nm、6nm、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7nm、6nm、5nm还有苹果、高通等大厂能够跟进，在3nm、2nm、1nm节点，能够跟髓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，则变得准以预测。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。李珂向指出，从应用角度来说，3nm、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2nm、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。谁能同时占据技术制高点和市场制高点，才是最后的赢家。