深度丨《三岔口之先进制程》主演：台积电、三星、AMD

前言：

在很多时候，显露于历史书中的，不是最优秀的、最有智慧的，而只是幸存的……半导体工艺节点历史也是如此吗？

尽管面对未来，摩尔定律结束可能是个伪命题，半导体业仍将持续向前，但仅仅尺寸缩小越来越困难，只能另辟蹊径，而新封装、新材料和新架构将扮演［接力棒］角色。

3nm的高成本需要抹平

①建立一条先进的芯片制程生产线需要不仅需要大量的前期投入，生产过程中的维护成本也是极高的。因此需要保证产品线的满负荷运转才会尽可能保障先进芯片制程的盈利。

②3nm制程面临芯片设计复杂度以及晶圆代工成本飙升等问题，还有EUV光刻机采购成本创新高，产出吞吐量提升速度放缓，推升3nm晶圆代工报价恐达3万美元。

③3nm芯片封装技术将全面导入量产，同时随着3nm制程技术和成本的增加，Chiplet堆叠和封装技术也将大面积铺开，成本和精力需要双重投入。

④因为先进封装是微米等级，但目前制程早已进入纳米，制程设备成本就是一个挑战，导线宽度大小、时间消耗都较多是成本问题。

台积电：苹果仍是核心，用投入减少成本

苹果与台积电和合作已经长达十年，截止目前苹果仍然是台积电最大的客户，占台积电2020年480．8亿美元总营收的四分之一。

据台积电的一份客户订单数据显示，2020年苹果获得了台积电产能的24．2％，2021年这一数字已达到25．4％。

今年预计苹果仍占台积电5nm产能的50％以上，未来台积电正式向客户提供3nm节点工艺时，情况似乎也不会改变。

在苹果最新发布的芯片线路图中，苹果预期在2023年发布基于3nm的第三代M系列芯片，并且依旧选择了台积电代工3nm制程。

台积电今年百亿美元投资的20％主要用于先进封装及特殊制程，它在InFO、CoWoS等技术上的巨大成功，推动制造业、封测业以及基板企业投入了大量人力物力开展三维扇出技术的创新研发。

台积电3nm制程仍延用FinFET晶体管架构，其主要优势在于可充分发挥EUV技术优异的光学能力，以及符合预期的良率表现，减少光罩缺陷及制程堆栈误差，并降低整体成本。

为了改善成本，台积电专门制定了EUV改善计划，并改良EUV光刻机设计，以及导入先进封装，以求更多客户愿意采用3nm制程。

另外，台积电有望启动EUV持续改善计划（CIP），目的是增加芯片尺寸的同时，减少EUV光罩使用道数。

三星：追赶台积电从量产时间开始

三星在3nm芯片制程上的布局规划早于台积电，制程工艺完善程度也高于台积电。

三星很有可能是首家批量生产3nm制程的芯片代工厂，从而在与台积电的竞争中处于上风。

因台积电与苹果关系密切，预估苹果新iPhone与笔记本电脑处理器都会优先采用台积电3nm制程，可能造成AMD对台积电不满，转向三星3nm制程。

三星将斥资170亿美元在德州泰勒市修建晶圆厂，用以生产移动设备 、5G、高性能运算、人工智能等先进制程芯片，预计2022年上半年动工，2024年下半年量产。

三星电子也在近期宣布赴美设厂，主要是希望由美方化解日韩贸易战，美国厂商也乐见三星赴美设厂，等于是多一个备用方案。

台积电与三星在先进制程与海外布局方面竞争激烈，三星目前在美国新厂投资规模暂时领先，意在3nm量产日程方面超过台积电，消息称高通、AMD等台积电重量级客户都有意导入三星3nm制程。

三星看似强劲的出击其实暗藏危机，在海外兴建晶圆厂也是拓展客源的无奈之举。

而今，由于3nm制程技术难度非常大，三星美国工厂也就是德州奥斯汀的晶圆工厂，在2023年前恐怕还难以正式量产。这对于力求赶超台积电的三星来说，压力依然不小。

不过，以三星3nm GAA的目标规划来看，在时间及产品效能上相较于台积电都有一定的领先，这对于其在市场中吸引更多的客户以及更加长远的发展都有不小的优势。

三星的GAA尽管性能具有优势，但作为新的架构需要开发相应的EDA工具及新的IP，此前也爆出存在漏电等关键技术问题，最终仍要看量产后的效能与良率。

在近期的的三星先进代工系统论坛会上，三星官方宣布已有12家合作伙伴深入合作。当传出高通与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。

在三星的最新计划中，将在韩国扩建紫外光（EUV）光刻技术生产线，该技术使用波长13．5nm的极紫外光，能够制造出更精细、更清晰的电路，从而让芯片搭载更多元件，大幅度提升运算能力与效率。

AMD：转单传闻越来越像真的

近年来，在7nm和5nm方面，AMD已经成为台积电的第二大客户。

不出意外的话，该公司的下一代Zen 5架构霄龙（EPYC）Turin 处理器，也将采用台积电的3nm制程。

然而，自从三星宣布了3nm制程工艺计划后，市场不断传出高通和AMD愿意采用，除了三星可以提供从设计到生产的全套服务配合外，其代工报价相对低廉绝对是让高通和AMD心动的原因。

虽然AMD一直将台积电作为主要代工厂，但一直希望有第二家晶圆代工厂能有所分担，特别是英特尔现在也选择了台积电进行代工。

基于近些年良好的合作关系，以及3nm制程难度和风险水平的提升，AMD有一家芯片代工备选厂商，也是合理的。

结尾：

3nm制程有望使工艺技术、芯片架构、封装和产业链上各环节厂商之间的关系发生明显变化，从而带动芯片业进入一个前所未有的发展阶段。

然而不论是3nm还是2nm，工艺终将走向宿命般的终局。

3nm的对抗赛还在继续，不到市场正式出现3nm制程芯片，一切都只是暗潮汹涌。

作者 ｜ 方文