深度丨《三岔口之先進制程》主演：臺積電、三星、AMD

在很多時候，顯露于歷史書中的，不是最優秀的、最有智慧的，而只是幸存的……半導體工藝節點歷史也是如此嗎？

盡管面對未來，摩爾定律結束可能是個偽命題，半導體業仍將持續向前，但僅僅尺寸縮小越來越困難，只能另辟蹊徑，而新封裝、新材料和新架構將扮演［接力棒］角色。

3nm的高成本需要抹平

①建立一條先進的芯片制程生產線需要不僅需要大量的前期投入，生產過程中的維護成本也是極高的。因此需要保證產品線的滿負荷運轉才會盡可能保障先進芯片制程的盈利。

②3nm制程面臨芯片設計復雜度以及晶圓代工成本飆升等問題，還有EUV光刻機采購成本創新高，產出吞吐量提升速度放緩，推升3nm晶圓代工報價恐達3萬美元。

③3nm芯片封裝技術將全面導入量產，同時隨著3nm制程技術和成本的增加，Chiplet堆疊和封裝技術也將大面積鋪開，成本和精力需要雙重投入。

④因為先進封裝是微米等級，但目前制程早已進入納米，制程設備成本就是一個挑戰，導線寬度大小、時間消耗都較多是成本問題。

臺積電：蘋果仍是核心，用投入減少成本

蘋果與臺積電和合作已經長達十年，截止目前蘋果仍然是臺積電最大的客戶，占臺積電2020年480．8億美元總營收的四分之一。

據臺積電的一份客戶訂單數據顯示，2020年蘋果獲得了臺積電產能的24．2％，2021年這一數字已達到25．4％。

今年預計蘋果仍占臺積電5nm產能的50％以上，未來臺積電正式向客戶提供3nm節點工藝時，情況似乎也不會改變。

在蘋果最新發布的芯片線路圖中，蘋果預期在2023年發布基于3nm的第三代M系列芯片，并且依舊選擇了臺積電代工3nm制程。

臺積電今年百億美元投資的20％主要用于先進封裝及特殊制程，它在InFO、CoWoS等技術上的巨大成功，推動制造業、封測業以及基板企業投入了大量人力物力開展三維扇出技術的創新研發。

臺積電3nm制程仍延用FinFET晶體管架構，其主要優勢在于可充分發揮EUV技術優異的光學能力，以及符合預期的良率表現，減少光罩缺陷及制程堆棧誤差，并降低整體成本。

為了改善成本，臺積電專門制定了EUV改善計劃，并改良EUV光刻機設計，以及導入先進封裝，以求更多客戶愿意采用3nm制程。

另外，臺積電有望啟動EUV持續改善計劃（CIP），目的是增加芯片尺寸的同時，減少EUV光罩使用道數。

三星：追趕臺積電從量產時間開始

三星在3nm芯片制程上的布局規劃早于臺積電，制程工藝完善程度也高于臺積電。

三星很有可能是首家批量生產3nm制程的芯片代工廠，從而在與臺積電的競爭中處于上風。

因臺積電與蘋果關系密切，預估蘋果新iPhone與筆記本電腦處理器都會優先采用臺積電3nm制程，可能造成AMD對臺積電不滿，轉向三星3nm制程。

三星將斥資170億美元在德州泰勒市修建晶圓廠，用以生產移動設備 、5G、高性能運算、人工智能等先進制程芯片，預計2022年上半年動工，2024年下半年量產。

三星電子也在近期宣布赴美設廠，主要是希望由美方化解日韓貿易戰，美國廠商也樂見三星赴美設廠，等于是多一個備用方案。

臺積電與三星在先進制程與海外布局方面競爭激烈，三星目前在美國新廠投資規模暫時領先，意在3nm量產日程方面超過臺積電，消息稱高通、AMD等臺積電重量級客戶都有意導入三星3nm制程。

三星看似強勁的出擊其實暗藏危機，在海外興建晶圓廠也是拓展客源的無奈之舉。

而今，由于3nm制程技術難度非常大，三星美國工廠也就是德州奧斯汀的晶圓工廠，在2023年前恐怕還難以正式量產。這對于力求趕超臺積電的三星來說，壓力依然不小。

不過，以三星3nm GAA的目標規劃來看，在時間及產品效能上相較于臺積電都有一定的領先，這對于其在市場中吸引更多的客戶以及更加長遠的發展都有不小的優勢。

三星的GAA盡管性能具有優勢，但作為新的架構需要開發相應的EDA工具及新的IP，此前也爆出存在漏電等關鍵技術問題，最終仍要看量產后的效能與良率。

在近期的的三星先進代工系統論壇會上，三星官方宣布已有12家合作伙伴深入合作。當傳出高通與AMD有意合作的消息后，更像是在三星3nm的布局上添上的一把火。

在三星的最新計劃中，將在韓國擴建紫外光（EUV）光刻技術生產線，該技術使用波長13．5nm的極紫外光，能夠制造出更精細、更清晰的電路，從而讓芯片搭載更多元件，大幅度提升運算能力與效率。

AMD：轉單傳聞越來越像真的

近年來，在7nm和5nm方面，AMD已經成為臺積電的第二大客戶。

不出意外的話，該公司的下一代Zen 5架構霄龍（EPYC）Turin 處理器，也將采用臺積電的3nm制程。

然而，自從三星宣布了3nm制程工藝計劃后，市場不斷傳出高通和AMD愿意采用，除了三星可以提供從設計到生產的全套服務配合外，其代工報價相對低廉絕對是讓高通和AMD心動的原因。

雖然AMD一直將臺積電作為主要代工廠，但一直希望有第二家晶圓代工廠能有所分擔，特別是英特爾現在也選擇了臺積電進行代工。

基于近些年良好的合作關系，以及3nm制程難度和風險水平的提升，AMD有一家芯片代工備選廠商，也是合理的。

結尾：

3nm制程有望使工藝技術、芯片架構、封裝和產業鏈上各環節廠商之間的關系發生明顯變化，從而帶動芯片業進入一個前所未有的發展階段。

然而不論是3nm還是2nm，工藝終將走向宿命般的終局。

3nm的對抗賽還在繼續，不到市場正式出現3nm制程芯片，一切都只是暗潮洶涌。