在當(dāng)下的半導(dǎo)體先進(jìn)制程領(lǐng)域中，三星、英特爾、臺積電三足鼎立，各有千秋

如果說臺積電成功的首要原因是是開創(chuàng)了半導(dǎo)體業(yè)界首個代工的模式，那么，持續(xù)不斷的在邏輯制程上的自主研發(fā)，則是維持臺積電一直成功前行的燃料。從1987年的3微米制程到預(yù)計2022年量產(chǎn)的3納米，臺積電平均2年開發(fā)一代新制程，這是臺積電邏輯制程激蕩的35年。

在制程的演進(jìn)過程中，新的技術(shù)不斷被臺積電研發(fā)出來和引入進(jìn)去，如Low-K/High-K、光刻技術(shù)、封裝技術(shù)、EUV光刻機(jī)、FinFET技術(shù)等等，而且臺積電在各個制程節(jié)點上率先獲得規(guī)模效應(yīng)。憑借邏輯制程上的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢，臺積電贏得了代工市場的競爭主動性。

制程(也稱為工藝節(jié)點、工藝技術(shù)或簡稱節(jié)點)是指特定的半導(dǎo)體制造工藝及其設(shè)計規(guī)則，不同的制程節(jié)點通常意味著不同的電路代和架構(gòu)，而且制程節(jié)點越小意味著特征尺寸越小，從而也能生產(chǎn)出更快、更節(jié)能、更小的晶體管。接下來就讓我們來一探晶圓代工龍頭臺積電的制程研發(fā)軌跡。

在當(dāng)下的半導(dǎo)體先進(jìn)制程領(lǐng)域中，三星、英特爾、臺積電可謂是三足鼎立，各有千秋。

三星是IDM和Foundry企業(yè)，在存儲器領(lǐng)域長期霸占全球首位，占比約為40%，在全球代工領(lǐng)域排名第二，2021年銷售額達(dá)820億美元，躍居全球首位;英特爾是IDM企業(yè)，主要以微處理器為主，2021年銷售額達(dá)到738億美元，位居全球第二位;而臺積電是全球Foundry企業(yè)的首位，占比為54%，2021年銷售額達(dá)到565億美元。

現(xiàn)在，業(yè)內(nèi)總喜歡將摩爾定律作為指引,用來比較誰的工藝制程技術(shù)占先。而實際上，全球半導(dǎo)體業(yè)自22納米之后，就不再用晶體管的柵長來定義工藝尺寸了，這也導(dǎo)致當(dāng)下產(chǎn)生了很多分岐，使得三星、英特爾、臺積電之間的競爭顯得撲朔迷離。

從銷售額來說，高德納咨詢公司發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，三星2021年半導(dǎo)體銷售額達(dá)732億美元，市場份額達(dá)12.3%。這是三星時隔三年再度力壓英特爾奪回市場份額冠軍。

三星本就是全球存儲器領(lǐng)域的王者，已經(jīng)連續(xù)霸榜多年，據(jù)統(tǒng)計，2021年它的DRAM市占率達(dá)到了43.6%,NAND達(dá)到了35%。

連臺積電創(chuàng)始人張忠謀也承認(rèn)三星如同“700磅的大猩猩”，很有實力。

三星在2019年曾喊出要砸下133兆韓元(約合1100億美元)發(fā)展系統(tǒng)邏輯芯片，及晶圓代工等業(yè)務(wù)，目的是要在2030年超越臺積電，搶下晶圓代工龍頭的寶座。

據(jù)TrendForce集邦咨詢的數(shù)據(jù)，盡管三星在2021年第四季的晶圓代工營收突破新高，達(dá)到了55.4億美元，但還是屈居第二。因為臺積電的營收達(dá)到了驚人的157.5億美元，并且還掌握著全球超過五成的市占率，穩(wěn)居第一。

在競爭激烈的3納米制程工藝方面，三星和臺積電的技術(shù)路線并不相同，三星首先采用全環(huán)繞柵極晶體管(GAA)，臺積電則是繼續(xù)采用鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)架構(gòu)。

截至目前，汽車芯片仍處于緊缺狀態(tài)，而且，短缺物料已從常規(guī)車用芯片延伸至IGBT等電動車增量芯片;而就在產(chǎn)業(yè)鏈加大力度解決汽車芯片短缺問題時，已有部分企業(yè)在規(guī)劃更先進(jìn)制程工藝的車規(guī)級芯片，如芯擎科技、恩智浦、高通、英偉達(dá)等，陸續(xù)發(fā)布7nm、5nm制程芯片。那么，車用芯片向先進(jìn)制程工藝發(fā)展是否已經(jīng)成為主流?

對此，業(yè)內(nèi)人士稱，安全、穩(wěn)定、可靠是車規(guī)級芯片的最大訴求，車用芯片種類眾多，并非所有芯片都適用于先進(jìn)制程，而AI計算單元等新一代芯片，出于性能、功耗和成本考慮，更傾向于采用先進(jìn)制程工藝。芯擎科技董事兼CEO汪凱博士進(jìn)一步指出，采用先進(jìn)工藝的芯片還能為未來OTA等迭代升級預(yù)留空間。

日前小鵬汽車創(chuàng)始人何小鵬發(fā)文稱，一輛智能汽車需要幾百種、5000顆以上芯片，但目前仍有很多專有芯片處于短缺狀態(tài)。筆者從供應(yīng)鏈了解到，IGBT目前供應(yīng)緊張，部分物料交貨周期已拉長至50周以上。汽車行業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)測公司Auto Forecast Solutions數(shù)據(jù)顯示，在芯片短缺及疫情雙重影響下，截至5月中旬，今年全球汽車已累計減產(chǎn)達(dá)172萬輛。

而就在產(chǎn)業(yè)鏈極力解決芯片短缺問題之時，部分企業(yè)已在積極布局下一代先進(jìn)制程工藝汽車芯片。

5月24日，恩智浦宣布采用臺積電5nm制程工藝打造新一代S32系列車用處理器，該芯片將導(dǎo)入鴻海與裕隆合資的鴻華先進(jìn)科技Model C車型。恩智浦總裁兼首席執(zhí)行官Kurt Sievers同時宣布，已與臺積電合作開發(fā)5納米ASIL D安全等級的系統(tǒng)單芯片(SoC)。

而筆者盤點也發(fā)現(xiàn)，這并非業(yè)內(nèi)首次采用先進(jìn)制程工藝打造汽車芯片。2021年底，高通就發(fā)布了全球首個5nm汽車芯片——8295，基于該芯片，高通推出了第四代驍龍汽車數(shù)字座艙平臺，并將于2023年首搭于集度汽車。

另外，安霸以智能座艙為主戰(zhàn)場的CV5芯片、英偉達(dá)下一代智能駕駛芯片Atlan也將采用5nm制程工藝。

相比5nm，7nm車用芯片更多，部分產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)甚至裝車。如英偉達(dá)的Orin，就是7nm高算力芯片的代表，已于今年3月末官宣量產(chǎn)，該芯片一經(jīng)推出就獲得了比亞迪、理想、集度、奔馳、智己、捷豹路虎、沃爾沃、現(xiàn)代、奧迪、路特斯等大批主機(jī)廠選用，并首搭于蔚來ET 7車型上。

其他芯片中，芯擎科技“龍鷹一號”、地平線征程6、Mobileye的EyeQ5/EyeQ6、寒武紀(jì)旗下行歌科技高等級智能駕駛芯片(未發(fā)布)、特斯拉FSD芯片、賽靈思Versal AI Edge系列等也均是采用7nm制程工藝。

從統(tǒng)計結(jié)果看，目前的5nm制程芯片尚處于研發(fā)或發(fā)布狀態(tài)，均未進(jìn)入量產(chǎn)階段;不過7nm芯片中，已有Orin、FSD、EyeQ5、8155等芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，芯擎科技的“龍鷹一號”也量產(chǎn)在即，其他芯片則在未來幾年陸續(xù)實現(xiàn)量產(chǎn)，這預(yù)示著先進(jìn)制程車用芯片開始進(jìn)入量產(chǎn)加速期。

與此同時，臺積電、三星兩家掌握尖端先進(jìn)晶圓制造工藝的晶圓代工廠將從中受益，特別是臺積電，在統(tǒng)計的14款芯片中，有11款已采用或計劃由臺積電代工，僅安霸和特斯拉等少數(shù)企業(yè)選擇由三星代工。

需要指出的是，安霸和特斯拉選擇三星的理由基本一樣，一是三星個產(chǎn)能充足，二是成本相對臺積電低廉。不過日前安霸在一次股價暴跌中指出，其14nm代工廠產(chǎn)線出問題，讓市場不免擔(dān)憂該影響會波及到CV系列產(chǎn)品。