抗衡台积电 ，曙光乍现
来源：半导体产业纵横
分析称 ，台积电，三星 ，英特尔的决胜战很可能出现在 1nm~2nm 制程节点上 ，但从成本 、晶体管效能和功率效率方面来看，台积电的优势恐怕会弱于现在 。
在全球半导体市场 ，IDM 的发展势头和行业影响力似乎越来越弱 ，而晶圆代工业务模式的行业地位却在持续提升 。从行业龙头厂商的发展现状，也可以看出这种发展态势，眼下 ，市值更高的两大半导体企业 ，一个是英伟达，市值已经超过 2 万亿美元 ，火爆异常 ，另一个是台积电，在 2022 和 2023 年 ，英伟达股价暴涨之前 ，台积电的市值是半导体企业里更高的，一度超过 7000 亿美元 ，后来有所下滑 ，但现在又恢复到 7000 亿美元以上。
英伟达和台积电是晶圆代工业务模式下的典型企业，一个设计 ，一个生产 ，而且都聚焦先进制程工艺，珠联璧合，成为当下半导体行业最抢眼的存在 。
相比之下 ，老牌的 IDM 企业 ，并稳定在各自领域内排名前三的企业，有两大代表 ，一个是英特尔 ，一个是德州仪器（TI），一个做数字逻辑芯片 ，一个做模拟芯片 ，这两家都是各自领域的龙头 。但它们最近今几年的日子似乎都不太好过，特别是德州仪器 ，无论是市值 ，还是营收 、利润，或是业务拓展能力 ，与早些年相比都在下滑 ，而且裁员不断。
晶圆代工正在全面打压 IDM 。也正是因为如此，在全球晶圆代工厂商中综合实力最强的三家：台积电，三星 ，英特尔 ，其中的两家——三星和英特尔——都从 IDM 进入了晶圆代工业，且投入力度越来越大 。
01 发展策略各有不同
对于台积电、英特尔和三星这三大厂商来说 ，原来采取的晶圆代工策略各有不同 ，但近两年越来越趋同，那就是把越来越多的资源投入到更先进制程工艺技术上。
台积电的基调一直没变 ，持之以恒地将晶圆代工业务做到极致 ，特别是在先进制程方面，是台积电投入的重点 ，每年都会有大量资金砸进去 ，而发展到 10nm 的时候，台积电相对于行业竞争对手（主要是三星）的优势越来越明显 ，在 7nm 和 5nm 制程芯片量产方面 ，台积电形成了对竞争者的碾压态势，并将这种优势延续到了 3nm。
三星方面，在 20nm 及以上制程时代 ，与台积电之间的差距没有现在这么大 ，而到了 14nm（台积电称为 16nm），三星凭借在制程工艺方面的突破 ，在这一节点处压了台积电一头 ，但是，这种优势并没有持续太久 ，台积电很快就赶了上来 ，并在 10nm 以下制程领域使三星越来越难受 。为了追赶台积电，三星电子于 2017 年决定分拆晶圆代工业务部门 ，以寻求更多客户 ，特别是行业大客户的信赖，但从结果来看 ，这样的分拆并不算成功 ，或者说，对于三星这样在韩国处于巨无霸地位的企业来说，要想完全将晶圆代工业务分拆出来 ，难度太大 。
英特尔方面 ，在上一位 CEO 的规划里，晶圆代工业务几乎被无视掉了 ，而是将主要精力和资源投入到了核心产品 CPU ，以及各种新型处理器产品（如手机处理器和 AI 处理器），但从实际结果来看 ，都不理想 ，在 CPU 方面，AMD 在过去 5 年里 ，凭借架构和设计创新 ，以及合作伙伴台积电的制程优势，快速逆袭 ，抢夺了大量原本属于英特尔的 CPU 市场份额。与此同时 ，GPU 在 AI 领域的重要性不断凸显出来，而台积电的制程工艺优势依然发挥着关键作用，相反 ，在那段时期 ，英特尔并没有重视 GPU 市场，错过了更佳的发展机遇期 ，这也导致该公司在最近几年大力投入 GPU 研发时 ，总是有种事倍功半的效果 。
在新任 CEO 的带领下，英特尔大幅调整了发展策略 ，将晶圆代工业务放在了头等重要的位置 ，几乎是要 All in 式的投入，从近两年以及未来的发展来看 ，英特尔的这个决策还是值得期待的 ，虽然时间稍晚了一些，但并没有错过 ，发展结果如何 ，估计 5 年后可以见分晓 。
02 行业地位此消彼长
总的发展策略会导致相应的结果，这在台积电 、英特尔和三星晶圆代工业务上有明显体现，特别是行业排名 ，最为明显。
就近两年的排名来看 ，这三强的变化很明显，台积电市占率已经提升到 60% ，三星下滑明显 ，英特尔在十强榜单中进进出出 。
前些天，TrendForce 发布了 2023 年第四季度全球十大晶圆代工厂营收排名榜单 ，如下图所示 。
可以看出 ，台积电的市占率已经提升到了 61.2% ，环比上升，而三星的市占率为 11.3% ，环比下降。英特尔方面 ，该公司的代工业务 IFS（Intel Foundry Service）在 2023 年第三季度历史首次出现在该榜单中，当时排名第九位 。而在第四季度榜单中，英特尔被挤出了前十 。
2022 年第四季度 ，排名情况基本不变。市占率方面 ，台积电为 58.5%，三星的市占率为 15.8% ，那时 ，英特尔还没有出现在榜单中 。
2021 年第四季度，在榜单中 ，台积电的市占率为 52.1% ，三星为 18.3%，那时 ，英特尔也不可能出现在榜单中 ，因为该公司是在 2021 年正式推出 IFS 服务的，一切才刚刚开始 。
综合以上 3 年内的市占率来看 ，台积电年年稳步提升 ，而三星则正相反。英特尔经过两年的筹备和发展，在 2023 年第三季度首次出现在该榜单中，但在第四季度又消失了。这些 ，从一个侧面体现出这三家厂商晶圆代工业务发展策略所产生的结果 ，即台积电从一开始就走纯代工模式，更大化地获得客户信任 ，同时将先进制程发展到行业极致水平 ，才能将市占率稳步提升，三星则介于 IDM 和纯代工模式之间 ，且在先进制程方面未能发展出行业顶尖水平 ，此消彼长，市占率在下滑 。英特尔在榜单上的呈现与消失 ，则体现出其在业务发展初期的不稳定性 。
03 工艺技术比拼
行业市占率的变化 ，在很大程度上取决于制程工艺技术水平的高低。无论是过去还是现在，台积电的综合实力是最强的 ，特别是在晶体管密度和能效方面 ，技术积累的优势短时间内难以被超越 。不过，最近几年，英特尔追赶的脚步很快 ，在解决了困扰多年的 10nm 制程工艺（在未攻克该节点之前 ，英特尔在 14nm 制程上徘徊了近 5 年时间）以后，该公司的制程节点演进速度明显提升 ，正在拉近与台积电的距离 。在这种情况下 ，三星压力越来越大，因为前有（台积电）堵截 ，后有（英特尔）追兵 ，未来，三星的晶圆代工业务日子恐怕不好过。
最近 ，TechInsights 发布了一份台积电 、英特尔、三星制程技术对比报告 ，主要关注先进制程的晶体管密度 、运算效能和能耗效率 。
晶体管密度方面，台积电 3nm（N3）制程及其强化版 N3E ，晶体管密度达到 283MTx/mm²（每平方毫米百万晶体管数）和 273MTx/mm² ，都高于 Intel 18A 的 195MTx/mm² 。Intel 18A 采用背面供电技术（Backside power），对降低能耗有一定帮助，但英特尔没有公布能耗数据。总体来看 ，Intel 18A 大幅超越台积电 3nm 性能还是不太可能 。
三星领先台积电跨入 GAA 架构 Nanosheet 制程 ，力图弯道超车，不过 ，比较晶体管密度 、性能、能耗后 ，同年内，三星的制程工艺都落后于台积电 ，台积电晶体管密度约是三星的 1.5 倍以上 ，; 先进制程客户数量方面，台积电也远超三星 。
还有一点很重要 ，那就是良率 ，它直接影响生产成本和客户认可度。
自从进入 5nm 制程时代以来，良率一直是三星晶圆代工业务所面对的更大问题 ，特别是在 3nm 制程节点上 ，三星率先引入了全新的 GAA 架构晶体管，与以往使用的 FinFET 晶体管有较大区别，也使良率问题进一步放大 。
据 Notebookcheck 报道 ，目前 ，三星的 3nm 工艺良率在 50% 附近徘徊，依然有一些问题需要解决 。三星 2023 年曾表示 ，其 3nm 工艺量产后的良率已达到 60% 以上 ，不过，现在看来 ，当时过于乐观了。
今年 2 月 ，据报道，三星新版 3nm 工艺存在重大问题 ，试产芯片均存在缺陷 ，良率为 0%。报道指出，采用 3nm 工艺的 Exynos 2500 芯片因缺陷未能通过质量测试 ，导致后续 Galaxy Watch 7 的芯片组也无法量产 。报道指出 ，由于 Exynos 2500 芯片试产失败，三星推迟了大规模生产，目前 ，尚不清楚是否能够及时解决良率问题 。
为了追赶台积电 ，三星的 3nm 制程工艺采取了比较激进的策略，主要体现在 GAA 晶体管架构上 ，台积电的 3nm 依然采用 FinFET。2nm 才会转向 GAA 晶体管 ，激进的结果就是要在良率方面付出一些代价 。
当年，英特尔的 10nm 一直难产 ，更大的障碍就是多年未解决的良率问题 ，致使 14nm 制程被一改再改，才能维持其 CPU 的更新换代 。后来 ，经过 5 年左右的攻关 ，终于解决了 10nm 制程良率问题，那之后 ，英特尔的制程工艺发展就显得顺利多了 ，眼下，Intel 4 量产准备就绪，Intel 3 也快了。
04 制造成本深不见底
International Business Strategies（IBS）的分析师认为 ，与 3nm 处理器相比 ，2nm 芯片成本将增长约 50% 。
IBS 估计，一个产能约为每月 50000 片晶圆（WSPM）的 2nm 产线的成本约为 280 亿美元 ，而具有类似产能的 3nm 产线的成本约为 200 亿美元 。增加的成本 ，很大一部分来自于 EUV 光刻设备数量的增加，这将大大增加每片晶圆和每个芯片的生产成本 ，而能够接受如此高成本芯片的厂商 ，只有苹果、AMD 、英伟达和高通等少数几家。
IBS 估计，2025~2026 年 ，使用台积电 N2 工艺加工单个 12 英寸晶圆将花费苹果约 30000 美元 ，而基于 N3 工艺的晶圆成本约为 20000 美元 。
预计三星 、英特尔和 AMD 等公司将在未来几年加速采用由不同制程节点制造的小芯片（Chiplet）组设计，以降低成本 。同时 ，智能手机处理器可能会在一段时间内保留单片设计 ，因为先进封装的成本也很高。
相对于三星和英特尔，台积电的客户规模优势，可以将成本控制在一定水平内 。
2023 年 ，苹果公司占台积电收入的 25% ，为其贡献了 175.2 亿美元营收，英伟达为台积电贡献了 77.3 亿美元 ，占其 2023 年营收的 11% 。
2023 年 ，台积电的前 10 大客户占其收入的 91%，高于 2022 年的 82% ，这些公司包括联发科、AMD 、高通 、博通、索尼和 Marvell。
随着对 AI 处理器需求的增加 ，英伟达在台积电收入中的份额可能会在 2024 年增加，该公司已经预订了台积电晶圆代工和 CoWoS 封装产能 ，以确保其用于 AI 的优质处理器的稳定供应。今年 ，AMD 在台积电总营收中的份额有望超过 10% 。
有这些大客户下单，台积电就有资本大规模投资更先进制程 ，否则 ，像 3nm 和 2nm 这样烧钱的制程产线，是很难持续支撑下去的 。
相对于台积电，三星的良率和出货量是问题 ，而对于初来乍到的英特尔来说 ，另辟蹊径是一个好的选择，短期内尽量避免与台积电的更先进制程正面交锋 ，还是要找一些技术和应用突破点 ，争取稳定住产能 、良率和客户。在过去的一年里，英特尔已经在做类似的事情了 ，如扶持 RISC- V 的发展 ，与联电合作开发制程工艺等 。
05 结语
在 2023 年 12 月举行的 IEEE 国际电子元件峰会（IEDM）上，台积电表示 ，将在 2nm 后推出 1.4nm 制程 ，预计在 2027~2028 年量产，按照计划 ，其 2nm 将在 2025 年量产 。
三星紧追台积电 ，对外宣布计划 2027 年推出 1.4nm。
英特尔 CEO 基辛格则表示，该公司将在今后 4 年内推出 5 个制程节点，目前进展一切如预期 。目前 ，Intel 7 已进入量产阶段 ，Intel 4 现已量产准备就绪，Intel 3 也会按计划于今年底推出 ，Intel 20A 已经试产 ，很可能用于生产 2025 年推出的 Arrow Lake 处理器，Intel 18A 将在 2025 下半年量产 。
从这三家的先进制程发展情况来看 ，决胜战很可能出现在 1nm~2nm 制程节点上 ，那时，成本 、晶体管效能和功率效率方面 ，台积电的优势恐怕会弱于现在 ，三星和英特尔会有更多机会。
本文作者：畅秋，来源：半导体产业纵横（ID:ICViews） ，原文标题：《抗衡台积电 ，曙光乍现》
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