改写先进工艺格局的X因素

文｜艾檬

图源｜网络

先进工艺的争夺不止是实力和战略的竞赛，更是一个接一个赛点接力的长跑。如今台积电一骑绝尘，三星和英特尔铆足了劲在奋起直追，期望使出浑身解数能在未来的争夺战中收复“失地”，占领“高地”。这期间，影响先进工艺格局的众多X因素亦在借机发酵，地缘、资本、技术、合纵等轮番上演，在微妙操纵着未来的走向。

投资“比高”

回望2021年先进工艺的争夺，不得不说英特尔CEO帕特·基辛格推出的IDM2.0战略成为搅动市场格局的最大X因素。

细究起来，英特尔的IDM 2.0策略的核心是扩建自有产能及扩大委外代工双轨并行。对于前者英特尔的策略是大笔“砸钱”：2021年9月，英特尔在美国亚利桑那州投资200亿美元建设两座晶圆制造厂（Fab 52和Fab 62）已破土动工；2022年1月，再度决定投资200亿美元在俄亥俄州兴建2座先进制程晶圆厂，整个项目将总共建设8座晶圆厂，最终投资可能会增长到1000亿美元。此外，英特尔或在不久宣布另一项位于欧洲的制造基地的建设计划。

频频扩建之下，英特尔2022年的资本开支或将高达280亿美元。

在委外代工部分，英特尔则牢牢抓住“亦敌亦友”的台积电不放，拟将3nm芯片委由台积电代工，并希望能为其打造与苹果一样专门的生产线。

相对于英特尔高姿态、高投入地再战江湖，台积电和三星亦真金白银，大举投入。

台积电在2021年的资本支出由之前预估的250-280亿美元就提升至300亿美元，其中逾8成用于先进工艺投资。在日前举办的法说会上，台积电预计2022年的资本支出将达到400亿美元至440亿美元，而70-80%的资本支出将用于先进工艺制程（7nm及以下），10-20%用于专业技术，10%用于先进封装。

三星“卷入”的力道亦十分强劲。从三星最近发布的财报来看，2021年全年芯片业务综合营收超过94万亿韩元，超过英特尔。不仅计划在2022年在半导体方向的资本支出超360亿美元，并宣称将在代工业务层面着力提高先进工艺的良率，在2022年上半年将通过第一代GAA工艺的量产再夺技术领先“宝座”。

无疑，三大巨头玩家摆出的筹码已越垒越高，而数百亿美元豪掷背后EUV光刻机已成开路先锋。据集微网此前报道，要进展到3nm工艺，或选择EUV双曝光，或非高数值孔径（NA）EUV莫属。而后者尚在开发，预计将在2025-2026年之间才能规模应用，预计单台售价或超3亿美元。随着制程工艺的不断提升，台积电、三星等在大量采购EUV光刻机，而英特尔前不久和EUV唯一供应商ASML共同宣布将首度率先采购下世代高NA EUV，并计划2025年导入量产，迈出关键一步。据悉到2023年，台积电或拥有133台EUV光刻机。

2nm/3nm“决战”

先进工艺战役的2022“首战”，无疑就是即将到来的台积电与三星双雄对决的3nm，以及未来三方瞄准的2nm新高地。

不约而同的是，台积电和三星“惺惺相惜”式地推迟了预计在2021年量产3nm的计划。去年9月，在双方全力争夺的3nm工艺开发上，相继有开发遇阻的消息传来，而决战的时间点则锁定到了2022年。据规划，三星电子将于2022年上半年开始3nm GAA工艺生产，台积电则是在2022年下半年量产基于FinFET的3nm工艺。

双方的“时间差”或让三星暂时占得上风，但赢得了量产时间，能否以有限的产能赢得更多的客户，还需打个问号？

特别值得关注的是，台积电或将专门为英特尔开辟一条3nm生产线，这到底是一剂“毒药”还是“佳肴”，业界亦众说纷纭。

对英特尔来说当是利好，一方面可稳住阵脚来发展先进制程，另一方面可有力地还击AMD与英伟达等老对手，因这些公司长期以来都是依靠台积电的先进支撑来与英特尔竞争，此时英特尔采用相同的策略，老对手的竞争优势或难以再次凸显。

但对台积电来说，如果此举帮英特尔代工抢到了市场占有率，会否让AMD、英伟达减少市占率而心生“罅隙”转向第二供应商？更进一步来说，“扶持”英特尔这一潜在对手是不二之选吗？

半导体知名专家莫大康认为，为英特尔3nm代工可维持销售额和利润持续增长，毕竟2022年台积电要投入真金白银440亿美元，必须加大先进制程占比。还有业界专家表示，台积电高良率低成本是最大的竞争优势，英特尔在这方面还难以竞争，会发现自主制造还不如交给台积电代工更划算。而台积电通过帮英特尔代工，不仅可提升在CPU、GPU等芯片的制造能力，再度扩大市占率，还可大幅提升毛利率，从长远来看仍是正面的。

如果说3nm工艺还是三星与台积电的双雄相争，那2nm之战则是真正的“三国争霸”。

尤其是2025年成为大战“时点”。三星计划2025年2nm芯片将于2025年量产，而台积电的计划也锁定在了2025年。尽管在先进工艺上英特尔面临“失去的几年”，但宝刀不老的英特尔雄风犹在，2021年7月即公布了详细的制程工艺和封装技术路线图，从Intel 4开始全面拥抱EUV制程，且20A（2nm）开始放弃FinFET，拥抱两项革命性技术：RibbonFET和PowerVia，并誓言要在2nm量产之际超越台积电。

如能不出纰漏按时“交付”，那么可以预见届时三大巨头将围绕2nm展开一场巅峰对决，尤其是界时GAA将会成为2nm的主流工艺，这或是改写未来格局的大决战。

竞争“明暗”

毫无疑问，这是一场巅峰对决。而竞争不止是明面上，在技术上解决无数的“Bug”,在良率和成本上一较长短，而暗面的竞争包括地缘、商业补贴以及客户选择等等，多重因素让竞争态势愈加错综复杂。

技术上显然各有各的“难处”：据集微网此前报道，台积电3nm依然采用FinFET工艺，这挑战了FinFET工艺的极限。三星面临的困难也不少，GAA是全新的架构，器件参数的不确定性会更大，诸多影响或难以预估。

围绕产能，台积电的优势显著。在此前的规划中，其3nm正式量产时的初期月产能为5.5万片，2023年月产能可达10.5万片。而三星和英特尔同为IDM，之前总产能大多为自己消化，但三星已然将产能大幅向客户倾斜。

2020年，三星将其晶圆代工厂产能的60%自用，主要生产面向智能手机的Exynos芯片，其余产能分给客户，包括高通（20%），另外20%由英伟达、IBM和英特尔瓜分。随着三星在2021年大幅增加7nm、5nm等工艺产能，其自用比例将会下降，可能降至50%，以更多满足客户的需求。

而先进工艺竞赛并不全依赖节点，在先进封装、2D材料等均需全面押注。因先进制程价格昂贵，特别是3nm,有数据显示单一晶圆的成本可能会高达3万美元，对比之下5nm大概是17800美元，7nm为9300美元。显然，这对于想踏入先进制程的客户有一定的成本压力，但先进封装的性价比相对高，亦可助力客户产品实现一定程度的效能提升，这显然是三大巨头在先进工艺层面进发必须要有所作为的。

在先进封装层面，不得不说英特尔与台积电不相伯仲，三星也推出了3D先进封装技术X-Cube在针锋相对，先进封装的角逐亦成为先进工艺大战的重要战场。

有观点说，台积电在成本的控制上可能最大的竞争对手是三星，但在技术上最大的竞争对手还是英特尔，在先进制程这一条道路上台积电必须兢兢业业，没有放松的本钱，只要稍微放松，马上就会被竞争对手追上。而台积电唯一的路就是要在先进制程和先进封装层面同样领先。

如果说明面的竞争还可一较长短，那么暗面竞争的影响则难以权衡。在科技成为大国博弈的必争之地、各半导体强国不断加码推进制造业回流之际，地缘政治引发的不确定性或引发新的巨变。

此外，2021年沸沸扬扬的美让台积电、三星等半导体厂商上交商业数据一事最近有了初步结论。美国商务部最近在其官方网站上发布了对其索取的半导体供应链信息（RFI）的解读报告，其结论极为直白：美必须为半导体制造提供资金，以解决美国面临的长期供应挑战。而美先前提出的为国内半导体制造商提供520亿美元的补贴的《CHIPS法案》有望近期通过。

要知道，扩建产能、加大先进工艺研发都需要巨额的投入，三大巨头的现金流均面临不小的压力，不止英特尔在积极寻求美政府的补助，尽管台积电和三星也在美投资百亿美元“示好”，但能否从《CHIPS法案》中受益多少尚难明确。

最近英国《金融时报》道指出，争夺半导体行业主导地位的斗争，正迅速演变为如今产业领域类似 19世纪那样的大博弈(Great Game)，而这一现代博弈主要围绕提升智力资本、增强工业产能和开发最新技术展开。无疑，这场大博弈也将让三大巨头在先进工艺的大决战更加扑朔迷离。（校对/李延）