芯片制程之战：从7nm到5nm，同场竞技哪家强？

2020年伊始，全球半导体先进制程之战已然火花四射。从华为和苹果打响7nm旗舰手机芯片第一枪开始，7nm芯片产品已是百花齐放之势，5nm芯片也将在下半年正式首秀。这些逐渐缩小的芯片制程数字，正是全球电子产品整体性能不断进化的核心驱动力。

7nm与5nm差距在哪

半导体制程技术从7nm迈入5nm，将为芯片性能及工艺效率等带来极大程度的提升。尺寸越小意味着在相同面积之内可以储存更多的晶体管，从而达到更快的运行速度，并降低能耗。

制程工艺的进步将会为芯片带来哪些属性的提升呢?5nm制程工艺目前还没有商用，我们不妨用10nm和7nm做个对比。以华为麒麟处理器来看，从麒麟970(台积电10nm制程工艺)到麒麟980(台积电7nm制程工艺)，其晶体管数量从55亿上升至69亿，同比增长25.5%，这也导致其CPU性能提升50%、GPU性能提升100%、NPU性能也提升了100%。当然，制程工艺的提升除了会改变处理器的性能外，还会降低功耗、缩短产品研发周期等，这也是行业不断提升芯片制程工艺的原因所在。

按照全球IC晶圆厂技术演进路线来看，在2020年这个时间节点上，仅台积电和三星实现5nm量产。其中，格罗方德和联电基本已经放弃了7nm制程工艺的研发;英特尔目前还在研发7nm;中芯国际的7nm制程工艺将于2020年年底实现量产。

在对比台积电和三星两家5nm工艺方面，由于两家企业对制程工艺定义的标准不同，很难界定孰好孰坏。但根据此前双发公布的信息来看，他们5nm主要的对比对象是上一代的7nm工艺，我们不妨先来看看两家企业7nm技术的差异化。

基于此数据，业内相关专业人士得出的结果是，这两家7nm工艺在晶体管密度上非常接近，但台积电的产能会高于三星。也就是说，三星第三代7nm工艺与台积电第二代7nm工艺相当，那么他们5nm工艺究竟如何呢?

三星暂时落后

三星电子高管在2020年3月份的股东大会上曾表示，三星与台积电在代工业务方面存在差距，但三星将利用新工艺的领先优势来发展代工业务。这也暗示着，三星即将量产的5nm工艺与台积电的存在着差距。

早在2019年4月16日，三星便宣布5nm FinFF工艺技术已开发完成，可以为用户提供样品，预计将在2020年下半年量产。

具体来看，三星曾透漏，5nm工艺将使用相同的7LPP晶体管SRAM并提供GR兼容性。5LPE与7LPP相比具有许多优势，具体取决于选择的迁移路径。通过增强晶体管的改进，三星声称在使用5LPE 7.5T库时其7LPP工艺的性能提高了10%。同时，三星还增加了单鳍器件低泄漏器件，它们可将功耗降低20%。

据外媒报道，三星正加速在韩国华城建造的5nm工厂，预计6月份完成建设，最快年底可以生产5nm工艺，目前三星收到了高通的订单，以现在的时间线来推算，三星可以在年底量产高通X60 5G调制解调器芯片组。

除了高通外，谷歌也正式宣布，公司自研的SOC已经流片，将有望在Pixel系列手机上搭载。这颗芯片代号叫“Whitechapel”，搭载的是8核CPU，将采用三星5nm工艺制程。

另外，由于受疫情影响，荷兰ASML公司很难将设备出口，这给三星、台积电等在内的全球半导体厂商带来了负面影响。业内人士表示，荷兰ASML设备交付影响了三星、台积电这两家巨头的研发、生产进度，其中三星遭受的损失会更大。由于三星去年购买的EUV设备部分用于DRAM生产，导致量产5nm工艺所需的EUV设备数量不够，与台积电相比有较大差距。

台积电5纳米产能全开

供应链透露，台积电遭华为旗下海思砍5nm投片量，相关产能缺口由苹果全数吃下，苹果并要求台积电第4季追加近1万片产能，与超微争食5nm强化版，加上英伟达、超微等大客户同步扩增7nm投片量，台积电5nm不仅如期并全产能开出，7nm也持续满载至年底。

此外，外界普遍认为新冠肺炎疫情导致客户下修订单之际，供应链先传来好消息，有助提振市场信心。台积电稍早曾预告，5nm先进制程已准备量产，预定第2季放量，同时看好5nm和7nm二大主力制程齐发威，今年营收增幅可望超过行业平均数达17%以上。

台积电营收强劲成长走势，是否会因为新冠肺炎疫情搅局而出现变数，成为各大法人机构近期密切追踪的焦点。

不少外资最近相继下修台积电第2季、甚至第3季营收展望，甚至有人推估苹果将5nm的订单递延一到二季，相关报告赶在台积电发布会前出炉，普遍认为台积电5nm订单将不如预期，甚至连原本排队的7nm订单，也因海思、联发科等大客户砍单，导致排队潮逐步消散。

台积电不对外资报告及客户订单做任何评论，强调5nm计划一切依进度进行。供应链透露，台积电5nm制程确实因客户端考量疫情发展而有所调整。

其中，海思因手机销售不佳，下修在台积电5nm及7nm下单量，但海思释出5nm的产能，已全数被苹果包下;至于原打算在18厂P1 、P2厂追加至6万片的计划，也如期进行。

据了解，海思下修台积电5nm和7nm约20%产能，以手机芯片为主。5G基地台芯片则不变，但腾出的产能已被苹果、超微和英伟达等芯片大厂全部分食，主要是因为疫情带动在家上班、线上购物、远距教学和游戏等宅经济需求大幅成长，苹果笔电、平板卖到缺货，各大资料中心扩增伺服器，加上5G基础建议也加速布局，带动高速运算云电脑芯片、网通芯片和绘图处理器强劲需求。

台积电迄今一直未发布的南科18厂第三期计划(P3)产能规划，据了解，原为超微打造的5nm强化版，超微已提出每月超过2万片12吋晶圆的需求，规划第4季到位;苹果追加约1万片的产能需求，也将采用这项制程。

换句话说，台积电今年资本支出几乎集重兵在5nm，未受新冠肺炎疫情影响，全力冲刺当中，预期在5nm和7nm全数满载下，台积电今年依旧缴出年增双位数、续新高佳绩。