台积电、三星两家晶圆代工厂的市场份额,就占据了全球半导体市场的70%左右
尤其是在7nm、5nm等采用先进制程工艺的芯片产品中,两家企业几乎拿下了该市场全部的市场份额。而伴随着外界的规则发生改变,台积电、三星等芯片公司无法实现自由出货,芯片代工业务的拓展也就自然而然的受到了影响。
前不久,三星对外宣布了,首批3nm制程量产晶圆完成量产即将向外界交付的消息。这也首次令三星在先进代工领域抢先台积电一步,成为全球首家具备3nm制程晶圆量产能力的芯片公司。
据外媒报道,台积电于日前公布了新工厂的建设计划,其中,还涵盖了3nm、2nm等先进制程工艺晶圆厂的选址。
事关3nm芯片工厂,台积电传来新消息
据了解,在新工厂的建设上,台积电依然首选了台湾省作为新工厂的选址。并计划投入600亿美元,以新建5座芯片工厂的计划,来满足全球芯片设计公司对于其芯片代工业务的需求。对此,也有外媒分析表示,台积电继续选择在台湾设立新工厂其实是无奈之举。
而应对外界环境所发生的变化,台积电也加快了自身在芯片代工市场的布局。继去年宣布赴美、赴日设立代工厂之后,台积电也传来了芯片工厂建设的新消息。
“全球缺芯”的问题让半导体产业在这几年来被密切关注,随着科技的发展,市场对芯片的需求猛烈增加,市场的供不应求导致了“全球缺芯”的危机。其中影响最深的还是智能汽车造车产业,由于芯片紧缺,很多知名的汽车厂商都面临减产或停产的危机。
在全球芯片紧缺的大环境下,我国自然也无法避免,但这时候,老美不断修改“芯片规则”,导致我国芯片供应问题更为严峻。
我国半导体产业本来就起步较晚,在“芯片规则”的限制下进入一段时间的停滞期。
我国加大研发力度,力求实现芯片自主
为了突破当前半导体产业面临的困境,我国定下了到2025年实现芯片自给率达到70%的目标。我国企业和科研机构联合高校都在积极攻克,力求突破技术难关,共同构建出一条完整的具有高度自主性的半导体产业链。
赶在2022年上半年最后一天,三星“压哨”实现了自己对3nm量产时间的承诺。
今天(6月30日)上午,三星电子发布公告,称该公司已开始量产基于GAA晶体管(Gate-All-Around FET,全环绕栅极)结构的3nm芯片。
这也意味着三星抢先台积电,正式成为全球第一家实现3nm制程量产的厂商。
不过,二者在全球晶圆代工市场的份额仍差距悬殊,台积电占比过半且是三星的3倍还多。而且,三星的良率问题一直饱受质疑,就连韩媒也认为客户会优先考虑台积电,显示出三星3nm的实际表现仍有待观察。
目前,全球有意愿且有条件发展3nm芯片制造的厂商仅剩台积电、三星、英特尔三家,因为他们在购买极紫外光刻机时并不像中国大陆公司一样受到限制。按台积电披露的计划,该公司的3nm制程将在2022年下半年量产。而英特尔7nm制程改名后的Intel 4也计划在2022年下半年量产。
眼下,先进制程的大用户——消费电子行业表现低迷,三星过去两年的主要客户高通也并没有对三星3nm的量产积极表态,反而是韩媒曝出三星3nm的首个客户,是中国加密货币挖矿用芯片设计公司。
三星代工业务和半导体研发中心的员工举起三根手指作为3nm的象征,庆祝该公司首次生产采用GAA架构的3nm制程芯片
韩媒称首个客户来自中国
根据三星公布的数据,与5nm制程相比,3nm制程可以降低45%的功耗、提升23%的性能和缩小16%的芯片面积。而三星之前曾透露,其5nm相较7nm制程,性能提升10%,功耗降低20%。
可见,三星3nm制程在参数上的进步比上一代要大。而且,三星同时透露,第二代3nm制程将有进一步的优化,将降低50%的功耗,提升30%的性能,缩小35%的面积。
值得关注的是,三星在量产3nm制程时首次采用全环绕栅极(GAA)晶体管结构,而量产5nm制程时采用的则是鳍式场效应晶体管(FinFET)结构。
三星透露,该公司选择多桥通道FET(MBCFET)技术来制造首批GAA晶体管芯片,该技术可以打破FinFET的性能限制,通过降低电源电压水平来提高能源效率,同时通过增加驱动电流的能力来提高性能。
虽然说现在5nm芯片制程技术并非台积电一家,但是台积电的技术和工艺还是领先,所以在产能和良率上都非常高。
这也是为什么选择一直有,但是苹果、三星、小米、华为、OPPO这些厂商都还是选择台积电的主要原因。
可想而知,对于先进制程的渴望和保持技术领先的动力,再也没有任何一个品牌可以做到台积电这样的渴望了。
在过去的两年时间里,台积电投资了不下于1000亿的巨额资金用于产能扩大和先进制程的研发。
就在近日,关于3nm芯片的进展得到进一步披露:时间、性能、订单、自主权,信息量可以说非常大了。
第一个问题,关于产品方面。
接下来,台积电主推的是4nm工艺制程的产品,然后2022年实现3nm芯片的量产;2024年实现2nm芯片的量产。
不过,4nm工艺此前对媒体释放的消息并不是很大,可能更多意义上还是过度产品的定位。
第二个问题,产品性能提升方面。
根据台积电南京公司总经理罗镇球的说法,基本上每一代芯片的性能都会有不低于10%的提升幅度。从7nm到5nm再到3nm的这个过程,将会持续证明这一结论。
简单来讲,性能提升10%以上,功耗降低20%以上,这就是先进制程工艺带给产品最直接的提升。具体到3nm芯片上,保守估计将会比5nm产品性能提升11%,功耗降低25-30%。
第三个问题,订单和客户方面。
目前已经确定的合作客户有两个巨头:苹果和英特尔。
苹果按照计划会在2023年发布首批采用3nm制程工艺芯片的产品,比如在 M3 芯片的 Mac 系列和采用 A17 芯片的 iPhone 15 机型。不过,现在的A15芯片对于高通骁龙的领先优势是很明显的,所以在这个方面苹果并不是非常急迫。
然后是英特尔,可能会有些人说英特尔不是和台积电有竞争关系么。实际上,对于大企业来讲利益才是第一位的,竞争归竞争,合作是合作。届时,英特尔的3nm芯片订单都将会交给台积电代工生产,因为这有利于发挥双方优势、降低和节约成本。
第四个问题,核心自主权问题
根据台积电相关人士的发言,3nm制程的芯片与加强版5nm工艺、4nm工艺和N4X工艺有着本质上的区别;在技术上的突破也是很大的。
简单来讲,苹果届时采用的M3芯片将会具备四个芯片 Die,而当下的M1芯片仅有一个芯片Die。M1芯片是8核心设计,M1 Pro则是10核心设计,而未来的M3芯片则是40核设计。