晶圓代工，群雄逐鹿

芯師爺|行業(yè)資訊|Industry News|

2022-07-20 15:04:18 10

在全球晶圓代工領(lǐng)域，臺積電和三星幾乎壟斷著全球接近70%的市場份額。

2021年，全球晶圓代工市場規(guī)模約為1101億美元，臺積電拿下了超過52％的市場份額，擁有近300種芯片制程技術(shù)，為全球近500個客戶生產(chǎn)超過1萬種不同產(chǎn)品。

三星則排名第二，占有將近18％市場份額。中國大陸也有中芯國際和華虹半導(dǎo)體這兩家知名的上海晶圓代工企業(yè)。2021年，中芯國際占有將近5％的全球市場份額，未來發(fā)展的潛力巨大。

臺積電&聯(lián)電

代工雙雄0.13微米制程之戰(zhàn)

0.13微米，改造了臺積電。

——英偉達(dá)CEO·黃仁勛

在2000年以前，聯(lián)電與臺積電的技術(shù)和營收差距并不大，甚至在0.18微米制程時代，聯(lián)電還曾*于臺積電，兩家公司一度被稱為臺灣“晶圓代工雙雄”。

那么兩家的差距，又是如何拉開的？

1995年，晶圓代工模式被芯片業(yè)界接受，臺積電的訂單源源不斷，但是產(chǎn)能卻滿足不了需求，選擇開啟訂金預(yù)購制，這一策略引發(fā)了某些客戶的不滿。

抓住這個機(jī)會，聯(lián)電宣布轉(zhuǎn)型成為晶圓代工廠，與美國、加拿大等地的11家芯片設(shè)計(jì)公司合資成立聯(lián)誠、聯(lián)瑞、聯(lián)嘉晶圓代工公司，被稱為“聯(lián)電模式”。然而，此舉伴隨技術(shù)外流風(fēng)險，使大型芯片設(shè)計(jì)公司不愿意將晶片設(shè)計(jì)圖交給聯(lián)電代工，從而導(dǎo)致聯(lián)電的客戶群以大量的中小型芯片設(shè)計(jì)公司為主。

1996年，由于在晶圓代工廠內(nèi)設(shè)立芯片設(shè)計(jì)部門有盜用客戶設(shè)計(jì)的嫌疑，聯(lián)電又將旗下的芯片設(shè)計(jì)部門分出去成立公司，包括現(xiàn)在的聯(lián)發(fā)科技、聯(lián)詠科技、聯(lián)陽半導(dǎo)體、智原科技等公司。由于和不同所長芯片設(shè)計(jì)公司合資所采購的芯片制造設(shè)備會有差異，“聯(lián)電模式”還面臨制造設(shè)備未統(tǒng)一化的問題，當(dāng)一家晶圓代工廠訂單爆量時，卻不容易轉(zhuǎn)單到其他合資代工廠。

相較之下，臺積電用自己的資金自行建造工廠，不但讓國際大廠愿意將先進(jìn)制程交由臺積電代工而不用擔(dān)心其商業(yè)機(jī)密被盜取，而且更能充分發(fā)揮產(chǎn)線的產(chǎn)能。

時至2000年，聯(lián)電向國際商業(yè)機(jī)器公司買下技術(shù)，合作開發(fā)銅制程與低介電常數(shù)材料的0.13微米新技術(shù)，希望借此超越競爭對手臺積電，成為*上*個使用銅制程的晶圓代工廠商。當(dāng)時的研究表明，用銅作為連接導(dǎo)線將比傳統(tǒng)的鋁導(dǎo)線電阻低大約40％，并使芯片的速度提高15％。

彼時的臺積電認(rèn)為，國際商業(yè)機(jī)器公司的技術(shù)只限于實(shí)驗(yàn)室階段，在大規(guī)模量產(chǎn)制造上并不成熟，并要求臺積電團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)銅制程技術(shù)。經(jīng)資深研發(fā)副總裁蔣尚義、余振華、梁孟松、林本堅(jiān)等留美海歸芯片專家一年多時間的攻關(guān)下，銅制程率先突破。

而正如臺積電所料，國際商業(yè)機(jī)器公司的技術(shù)在制造上良率過低，導(dǎo)致聯(lián)電的0.13微米銅制程遲遲達(dá)不到量產(chǎn)水平。到了2013年下半年，0.13微米客戶訂單為臺積電帶來的營業(yè)額比聯(lián)電多了3倍。

經(jīng)此一役，臺積電徹底確立了在半導(dǎo)體行業(yè)的地位，并逐步在此后的發(fā)展中實(shí)現(xiàn)高端芯片制程技術(shù)*。

在資本投入和研發(fā)難度的壓力下，聯(lián)電專注于12英寸晶圓的40nm以下，尤其是28nm和8英寸晶圓制程，從而與臺積電進(jìn)行差異化競爭，宣布放棄7nm及以下更先進(jìn)制程的研發(fā)。

臺積電&英特爾

5納米和7納米制程的對決

仍處轉(zhuǎn)型“陣痛期”的英特爾，想要回到*梯隊(duì)仍有待時日。

——摩根士丹利·Shawn Kim

當(dāng)芯片制程進(jìn)一步發(fā)展到10nm以下時，以銅作為導(dǎo)線會出現(xiàn)導(dǎo)電速率不足的問題。因此，英特爾開始研究用鈷來代替成熟的銅導(dǎo)方案。

2017年12月，英特爾公開了將鈷應(yīng)用于10nm芯片最細(xì)連接線的設(shè)想，改善后的互聯(lián)線路將有助于進(jìn)一步縮小晶體管尺寸，引發(fā)業(yè)界對此的無限遐想。

然而，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，英特爾的7nm制程一再推遲。2020年7月，英特爾宣布，由于7nm制程工藝仍存在“缺陷”，不得不將原計(jì)劃在2021年年底上市的7nm制程芯片推遲至至少2022年中。

與此形成對比的是，臺積電在10nm和7nm制程中選擇了更為穩(wěn)妥的銅合金，并在2020年下半年實(shí)現(xiàn)5nm制程的量產(chǎn)，一舉拿下大量訂單。

英特爾長期以來代表美國先進(jìn)制造業(yè)的高點(diǎn)，象征美國在關(guān)鍵技術(shù)的主導(dǎo)地位，但近年來可謂是“流年不利”，先進(jìn)半導(dǎo)體制程工藝被臺積電和三星反超。

隨著屢次帶領(lǐng)英特爾走出困境的“傳奇老兵”帕特·基爾辛格回歸團(tuán)隊(duì)，英特爾如今已進(jìn)入業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型期，大力投資建廠，豪砸26億元*單下一代EUV光刻機(jī)，試圖追回錯失的市場份額，重獲新生。

臺積電&三星

蘋果處理器代工之爭

我們將通過全球*3納米制程來維持自己的領(lǐng)導(dǎo)地位。

——三星晶圓代工業(yè)務(wù)主管·崔世英

在晶圓代工（Foundry）市場，臺積電和三星是排名前二的兩大龍頭，也是代工領(lǐng)域彼此最大的對手。

2005年，三星憑借其先進(jìn)制程的優(yōu)勢切入晶圓代工領(lǐng)域，其在美國德州奧斯汀的晶圓代工廠獲得了高通的CDMA芯片訂單，為三星的晶圓代工業(yè)務(wù)起了一個好開端，也為其贏得了蘋果2010年*自研手機(jī)芯片A4訂單，*實(shí)現(xiàn)營業(yè)額突破4億美元。

2009年，臺積電實(shí)現(xiàn)40nm制程量產(chǎn)，又在2011年實(shí)現(xiàn)28nm量產(chǎn)，一舉實(shí)現(xiàn)*三星和聯(lián)電，并于2012年達(dá)成28nm制程市場占有率100%。

2012年，三星也實(shí)現(xiàn)了28nm制程量產(chǎn)，并得益于其在美國本土建廠的地理優(yōu)勢，獨(dú)吞蘋果A7訂單。

2014年，為蘋果芯片設(shè)計(jì)提供了三年協(xié)助后，臺積電幾乎拿下蘋果A8全部訂單，導(dǎo)致三星代工所屬部門*出現(xiàn)虧損，刺激三星跳過20nm制程直接沖刺14nm制程，超越臺積電的16nm制程，奪下蘋果A9超過一半的訂單。

2015年，A9“芯片門”事件爆發(fā)，有開發(fā)者分別使用由三星和臺積電代工的A9芯片iPhone6s進(jìn)行性能測試，結(jié)果顯示三星版本的良率和功耗控制都不如臺積電，從而使臺積電囊括A9后續(xù)追加訂單和A10大部分訂單。

微信圖片_20220720115010.jpg

圖源：MacX

然而。得益于雙供應(yīng)商策略，三星不僅依舊能拿下蘋果A系列芯片30%左右的訂單，還獲得了高通、英偉達(dá)等芯片設(shè)計(jì)頭部公司的訂單。

經(jīng)與臺積電的幾番交手，三星死磕先進(jìn)制造工藝，于2017年將晶圓代工業(yè)務(wù)部門獨(dú)立成為純晶圓代工企業(yè)，并計(jì)劃在未來5年內(nèi)取得晶圓代工市場25%的份額。

2020年底，三星5nm制程宣布量產(chǎn)，叫板臺積電7nm制程。

2022年6月30日，三星官宣3nm制程量產(chǎn)，是全球首家量產(chǎn)3nm芯片的公司。

三星能否借此彎道超車臺積電，仍需拭目以待。

中芯國際

“四國殺”中的國產(chǎn)芯力量

相信中芯國際十年如一日的打磨，會使得各個產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)的效率會越來越好，中芯國際也完全有信心在同類產(chǎn)品上與*上任何公司比較。

——中芯國際CEO·趙海軍

自28nm開始，晶圓代工就成為了一場“氪金”游戲，入場門檻為100億美元，且更為殘酷，稍有不慎就需要搖白旗投降。

自2009年開始，格芯先后收購了新加坡特許半導(dǎo)體，并購了國際商業(yè)機(jī)器公司的芯片制造廠，獲得了7nm制程技術(shù)。

但由于良率過低，格芯前腳將超微半導(dǎo)體公司處理器和繪圖芯片的訂單拱手讓給臺積電，后腳不堪先進(jìn)制程上的高額研發(fā)投入，最終宣布放棄7nm及更先進(jìn)技術(shù)工藝研發(fā)，正式退出高端晶圓代工競爭。

至此，先進(jìn)制程研發(fā)領(lǐng)域，只剩下臺積電、三星、英特爾和中芯國際。

中芯國際在趙海軍和梁孟松的領(lǐng)導(dǎo)下，在不到一年的時間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從28nm到14nm制程的飛躍，將14nm制程的良率提升至95%，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

但受困于設(shè)備限制、起步較晚等方面的因素，中芯國際掌握的最先進(jìn)量產(chǎn)工藝，距離臺積電還有著不小距離。

而在28nm工藝方面，中芯國際呈現(xiàn)出了集中擴(kuò)大產(chǎn)能的景象：自2020年底以來連續(xù)三次擴(kuò)大產(chǎn)能，投資總額累計(jì)達(dá)到188.2億美元（約1200億元人民幣）。

對此，中芯國際聯(lián)合CEO趙海軍表示，2022年初上海臨港項(xiàng)目已破土動工，北京和深圳兩個項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，預(yù)計(jì)2022年底投入生產(chǎn)。三個新項(xiàng)目滿產(chǎn)后，將使中芯國際的總產(chǎn)能倍增。

只是，在高端芯片領(lǐng)域，中芯國際如何破局則令市場備受矚目。

結(jié)語

前沿代工的技術(shù)競賽是一場馬拉松，而不是短跑沖刺。只有繼續(xù)投入研發(fā)且執(zhí)行力強(qiáng)的公司，才有希望掌握高端半導(dǎo)體制造的技術(shù)，進(jìn)而在未來贏得最大回報。

臺積電走得穩(wěn)健而踏實(shí)，英特爾欲后發(fā)制人，三星早已虎視眈眈，中芯國際奮力追逐。

這場先進(jìn)制程競賽，已進(jìn)入白熱化階段。

上一篇：: 607080，幾代華強(qiáng)北梟雄的電子夢

下一篇：: 薩科微代理商展播--獵芯網(wǎng)

晶圓代工，群雄逐鹿

客服QQ2635709730

客服QQ
2635709730