半导体产业纷争下：晶圆厂一边赚钱，一边焦虑

最近半导体先进工艺的争夺战可以说是愈演愈烈。

日前，三星在美国SFF晶圆代工论坛上发布了新一代逻辑工艺路线图，暗示其2021年要量产3nm工艺，以压制台积电彼时的5nm工艺。在其之后不到一个月，台积电就官方宣布正式启动2nm工艺研发，不失为有力回应。

7nm，5nm，3nm，2nm．．．

如同开了外挂一般，不声不响，神仙打架的一招一式都是互不相让，亦精彩纷呈，让观者目不暇接。

对摩尔定律的焦虑：半导体工艺真的到极限了？

不得不说，不去看这两家各自打得如何激烈，仅这场架的行为本身传达出的信号就着实让人有些摸不着头脑。一反外界的悲观态势，晶圆制造厂发展势头迅猛且毫无畏惧，这在当下多少有些反常。

目前，一颗芯片上至少有数亿个晶体管，nm单位可以简单看成是单个晶体管尺寸大小。按照摩尔定律，随着晶体管尺寸越来越小，理论上相同大小的处理器性能会有显著提升，同时功耗相对会降低。因此某种程度上，半导体工艺的发展与产业整体成长紧密相关。

有数据显示，1987年左右，半导体产业成长率高达40～50％，到了1990年代全球半导体产业的成长率在15％～16％，但到了2000年后，全球半导体产业成长率只有4％～5％，而后随着工艺逼近个位数量级，晶圆制造因制程带来的红利也似乎已经走到尽头。

因此2018年，整个半导体产业对制程上的担忧是明显的，“半导体工艺到达物理极限”言论一度甚嚣尘上，摩尔定律失效也成为诸多半导体人口中惯常的论调。

当时，张忠谋曾站出来辟过一次谣，称半导体工艺距离物理极限还有8—10年，而延续摩尔定律的另一条路是在封装工艺上发力，即向上堆叠。言下之意，张忠谋认为短期内半导体产业的利润点不会因工艺存在大幅下跌，未来并没有那么悲观。后来任正非在谈到这一点时，也表示解决的方法比较多，未来新的技术也将能够保持整个行业的成长活力。至此，无法跟上摩尔定律带来的焦虑才稍减半分。

回顾历史，因将集成度与晶体管价格描述为反比关系，摩尔定律一直是描述半导体产业经济学效益的一种推测手段，但作为对发展趋势的分析预测理论，摩尔定律也是在质疑与自我验证中徘徊发展。

最为显著的预测是在晶圆制造上，摩尔定律认为在制程技术不断进步的前提下，每隔18个月，IC的产量将提升一倍，换个角度来看，其成本将降低50％。因至关重要，人们对制程工艺的关心和怀疑也没有减弱过。因此当半导体芯片主流制程技术为90nm时，有人认为45nm将成为物理极限；当制程技术达到45nm时，有的观点认为22nm将成为极限；而此前7nm也一度被认为是半导体工艺的极限。

容易发现，类似我们当下对能够看见的物理极限2nm甚至1nm产生怀疑与担忧一般，整个产业的情绪其实早就反复出现。因此在2018年整个产业悲观声音之下，仍然有业内人士认为，这份因“数字”变化带来的焦虑有其合理之处，却也不尽然。

从IDM到Foundry，技术驱动晶圆制造产业发展

提到nm工艺，绕不开Intel、三星与台积电这三家在先进工艺上有着卓越贡献的公司。作为先进制程工艺的代言人们，Intel是唯一活跃在公众面前的传统IDM公司，三星的工厂则与台积电一样，承接Foundry业务。

作为奠定近年半导体工艺发展的厂商之一，自10nm之后与三星、台积电之战中“败”下阵来，Intel一直在努力调整以使其主要制程工艺技术走上正轨。但是即便在市场中落败，作为曾经的工艺界大牛，Intel对整个产业的贡献是卓越的。

22nm是半导体工艺发展史上的一个关键节点，也是从此开始，胡正明发明的SOI和FinFET工艺在市场上走向了对立面，因为Intel在众人一筹莫展之际，率先在硅上做成了22nm制程FinFET，缩小了器件尺寸，成功延续了摩尔定律的生命，也将IBM、AMD等一众巨头踩在了脚下，同时将SOI工艺的支持者们远远抛在了后面。

风光无限，Intel引来众多追随者，台积电就是其中一名。但随着产业发展，14nm，10nm．．．晶体管越做越小，Intel也未曾料到，有一天会在7nm上栽跟头。

在近代工艺的发展历史上，7nm绝对是最受关注的工艺水平之一，很多在10nm工艺上大放异彩的半导体公司都在7nm上吃了苦头，Intel也不例外。也因此，台积电借势一举打下了大半市场，完成了自己从追随者到引领者的身份蜕变，树立了自己的定位，拿下了高通、华为等多家主流手机公司的大单。发展至今，7nm工艺给台积电带来的营收都依然占据很大比例，如2019 Q1财报显示，台积电7nm工艺营收占据整个公司营收的22％，占比最高。

图 ｜ 台积电2019 Q1财报

与台积电稍有不同的是，这一路上三星的路走得就“绚烂多姿”许多。虽然一度被Intel怼其nm级工艺标识有夸大之嫌，但借着7nm之战，三星还是挤掉了Intel，成功上位并拿下了台积电剩余的市场份额，也成为现如今唯一被认为能够与台积电对抗的企业。

上个月，为了展现自己在制程工艺的布局，三星对外公布了其工艺路线图，一眼看过去着实让人眼花缭乱。

图 ｜ 三星工艺路线图

不难发现，三星在3nm节点处其实已经开始放弃FinFET工艺，转向GAA晶体管。关于GAA晶体管，我们后面再做介绍。