高端芯片战局激烈 三星1.4nm制程2027年投产

本报记者 谭伦 北京报道

高端芯片制程之战愈演愈烈。

在近日加州举行的代工论坛上，三星公布了其芯片制造业务的最新路线图。三星电子晶圆代工事业执行副总裁康文秀表示，公司将在2025年开始大规模量产2nm工艺，2027年则预计投产更先进的1.4nm工艺，后者将主要面向高性能计算和人工智能等应用。

三星的此番表态，无疑直指目前正在攻坚顶尖制程的另两家半导体制造巨头——台积电与英特尔。今年9月，台积电针对此前先进制程的进度表进行了确认，旗下2nm制程芯片预计于2025年量产。同月底，英特尔也首次对外公布，1.8nm制程测试芯片正在设计中，将于年底流片。根据此前规划，英特尔将在2024年下半年同期量产2nm与1.8nm制程芯片。

面对两大对手的竞争宣言，此前在良率上屡屡受挫的三星也终于坐不住了。今年6月底，三星宣布量产3nm工艺，而如果未来1.4nm投产顺利，三星也将成为目前在三足鼎立的先进制程领域里走得最前的厂商。

为了能在2027年顺利实现1.4nm制程的生产，康文秀在此次论坛上表示，三星将在诸多半导体技术上取得飞跃式进展，並且在美国扩大晶圆代工发展。最新信息显示，三星目前正在美国德州开建新工厂，并预计在2024年开始运作，这将为其最新3nm制程提供代工量产资源。

背水一战

“三星在这个节点上出手，更多还是感受到台积电的竞争压力。”对于三星发力的意图，CHIP全球测试中心中国实验室主任罗国昭在接受《中国经营报》记者采访时表示，受4nm和3nm的生产良率影响，三星必须在制程领先上投入更多，才有更大可能扳回不利局面。

公开信息显示，从采用5nm制程的首款集成5G基带芯片骁龙888开始，消费级手机芯片的最大客户高通曾将订单从台积电转到过三星，但其功耗性能表现不甚理想。而后在更先进的4nm工艺上，三星再度因良率曝出问题而传出高通有意转单回台积电。

因此，在进军3nm的档口，三星抢在台积电之前使用了尚不成熟的全栅场效应晶体（GAAFET）新架构，该架构能够通过降低晶体管间的漏电效应而提升性能，不过，代价仍是三星没法解决新技术良率不足的困扰。

“这些压力逼迫三星在策略选择上倾向于更加冒进。”半导体产业分析师季维告诉记者，高端制程市场的争夺非常残酷，一旦落后会造成客户的瞬间流失，而且往往转投成为对手的新增份额。

市研机构TrendForce（集邦咨询）发布的研报显示，2022年第二季度，台积电、三星占据了全球芯片代工行业前两位，并瓜分了近七成市场，但两家的差距也很大，其中台积电占据近53.4%的市场份额，三星占据16.5%的市场份额。

这种对比之下，罗国昭认为，三星意图在制程上抢先研发是在情理之中的。“台积电作为领先者的先发优势保证了它的技术策略会相对更加成熟和稳定，而这恰恰是三星这种赶超者会放弃的方式。”罗国昭表示。

值得注意的是，随着后期良率的解决，三星已经奋力抢下更多属于台积电的蛋糕。Counterpoint数据显示，2022年一季度，在全球4nm与5nm的智能手机芯片市场，三星拿下了60%的市场份额，而台积电只拿下了40%。罗国昭认为，这一“反超”，也反映了三星背水一战策略的部分可行性。

突围不易

虽然率先进击1.4nm，但这种口头“宣言”的理想色彩往往多过实际实现的难度。在业内看来，三星迈向1.4nm的路途，也许仍将充满曲折。

季维告诉记者，良率问题仍会是笼罩在三星头上的阴影之一。“在产线上，把良率调校好往往需要一个周期。而从经验看，三星为了抢夺和台积电竞争的时间窗口，往往会极大缩短这一时间，在良率还达不到理想值时就上马，然后边生产边调整。”季维表示，这也是台积电总是显得比三星“慢”，但一投产良率上往往更领先的一大原因。

公开信息显示，在1.4nm制程上，三星方面仍会坚持采用全栅场效应晶体（GAAFET）架构。罗国昭认为，目前台积电在该架构技术显示出的成熟度远比三星要高，而这种领先依旧会体现在后续的制程升级上。

以2nm为例，虽然三星与台积电目前都已公布将在2025年量产，英特尔更是提前至2024年，但多家市场机构仍预计，依靠技术的成熟度，台积电在2nm上仍将领先三星及英特尔。官方信息显示，相比前代工艺，台积电2nm芯片在相同功耗下频率可提升10%至15%，在相同频率下功耗则能降低25%至30%。

而另一大危及三星1.4nm如期实现的挑战，则来自产能需求的逆转。根据知名手机市研机构Counterpoint发布的报告，2022年二季度，全球智能手机出货量自2020年初疫情暴发以来首次季度跌破3亿部，仅为2.95亿部，同比下降9%，环比下降10%。这也致使包括台积电在内的制造厂商在日前坦承遭遇“库存修正”，面临用户砍单。

对此，季维认为，放长周期来看，全球半导体产业在经历此前需求短缺的刺激后，会进入一个回调期，而这种反馈效应将是长时间逐步累加的，但这种“过剩”只会更多影响产能，对先进制程研发的冲击不会太大，因为对于头部芯片代工厂商而言，掌握先进制程能力会吸引来更多潜在高端客户。

记者注意到，根据计划，目前三星已经决定2027年将其先进芯片的产能提高3倍以上，以满足强劲需求。而在今年6月，台积电也宣布将投入1万亿新台币扩大2nm产能布局。

三强逐鹿

三星持续高调的背后，除了有台积电的步步紧逼，英特尔的高调入局也将让这场此前更多以三星、台积电为主导的先进制程之战，变成三强逐鹿的战局。

在日前官宣1.8nm和2nm的时间表后，业界惊讶于英特尔的回归如此之迅速。此前在7nm制程因延期而被遭受到诸多质疑后，基辛格带领下的英特尔正在试图重新回归半导体最顶尖的技术市场。季维表示，在获得更多产业补贴后，英特尔已经将目标指向了三星、台积电的优势领域，

在近期发布的一份研究报告中，摩根士丹利分析团队便指出， 随着晶圆代工竞争格局的不断演变，未来的芯片之争将主要在台积电、三星和英特尔之间展开。

对此，罗国昭表示，与三星一样，英特尔的1.8nm目前也更多停留于纸面计划，实际的量产是否能够如期进行尚不可知。“要重新跟台积电、三星扳手腕，英特尔目前需要解决的问题很多，包括如何收回获得短期补贴投入后的回报。”罗国昭指出，目前英特尔的代工份额还未进入全球前五。

季维则指出，如果只是比掌握技术，英特尔肯定已经进入高端制程的竞争，但如果比拼综合能力，全球半导体代工市场强调规模效应，若没有份额制程，英特尔难以获得可持续性的资金来源。

不过，对于三家巨头而言，好消息仍在于积极的行业前景。随着云计算、人工智能、智能汽车和5G等领域的创新发展，市场对尖端制程芯片的需求一直在稳定增长。市场数据预测，包括云计算和人工智能在内的高性能计算芯片的需求，将在未来几年内赶超智能手机市场的芯片需求。

“尖端制程的竞争是一场长跑，而不是冲刺。”正如摩根士丹利研报所指出的，谁能在未来十年继续投入研发，且获得正向回报，谁就有望赢得这场芯片战争。

（编辑：张靖超 校对：颜京宁）