芯片訂單有逆轉之勢，臺積電拉響警報

近日，三星晶圓代工業(yè)務(wù)陸續傳來(lái)好消息，首先，AMD 正在認真考慮使用三星 4nm 制程產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)新一代 CPU，這表明三星 4nm 工藝的技術(shù)和良率水平達到了一個(gè)新的高度，完全可以與臺積電 4nm 制程匹敵了。之前這些年，AMD 最新 CPU 產(chǎn)品從來(lái)沒(méi)有走出過(guò)臺積電的制程產(chǎn)線(xiàn)，三星 4nm 制程的提升，進(jìn)一步縮小了與臺積電的差距，也給后者增添了壓力。

不止 AMD，本來(lái)都屬于臺積電的高性能計算（HPC）芯片和車(chē)用芯片大單，近期也在改變動(dòng)向，三星不斷接到 AI 芯片代工訂單，包括用于 AI 服務(wù)器和數據中心的 GPU 和 CPU。

此外，Google、微軟和亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在開(kāi)發(fā)自家的 AI 處理器。無(wú)論是 AMD 這樣的芯片大廠(chǎng)，還是互聯(lián)網(wǎng)巨頭，越來(lái)越希望減少對單一晶圓代工先進(jìn)制程的依賴(lài)，隨著(zhù)三星晶圓代工技術(shù)和良率的不斷成熟，給這些芯片大客戶(hù)提供了更多選擇。

突破 4nm 制程良率瓶頸

三星已將 4nm 制程良率提升到了 70% 左右，并重點(diǎn)在汽車(chē)芯片方面尋求突破。特斯拉已經(jīng)將其新一代 FSD 芯片交由三星生產(chǎn)，該芯片將用于特斯拉計劃于 3 年后量產(chǎn)的 Hardware 5（HW 5.0）計算機。

前些年，三星是特斯拉較早版本 FSD 芯片的代工合作伙伴，用于 Model 3、Model S、Model X 和 Model Y 等電動(dòng)車(chē)，但在 2022 年，特斯拉轉向了臺積電，主要原因就是三星 4nm 制程的良率問(wèn)題，此次，特斯拉訂單回流的關(guān)鍵，就是三星 4nm 良率取得大幅度進(jìn)步。從目前的情況來(lái)看，特斯拉計劃同時(shí)采用臺積電和三星的先進(jìn)制程產(chǎn)線(xiàn)，用于量產(chǎn)其第五代汽車(chē)芯片。

除了良率大幅提升，三星的價(jià)格優(yōu)勢也很誘人。今年 5 月，三星董事長(cháng)李在镕和特斯拉 CEO 馬斯克會(huì )面，據悉，李在镕給出了非常優(yōu)惠的價(jià)格。

除了特斯拉，今年 2 月，三星和 Ambarella 達成協(xié)議，代工生產(chǎn)后者用于處理 Level 2-Level 4 自動(dòng)駕駛的 CV3-AD685 芯片；4 月，三星還贏(yíng)得了 Mobileye 的 ADAS 芯片訂單，之前，Mobileye 的相關(guān)芯片訂單都是交給臺積電的。

在汽車(chē)芯片站住腳后，三星先進(jìn)制程將向 HPC 處理器進(jìn)發(fā)，目標就是 AMD 和英偉達等大客戶(hù)。

三星的 4nm 制程主要分為五代，逐年迭代，它們是 SF4E、SF4、SF4P、SF4X 和 SF4A。2024 年，該公司將推出其第四代 4nm 制程工藝 SF4X，對標的是臺積電的 N4P 制程。據悉，SF4X 是專(zhuān)為數據中心 CPU 和 GPU 等高性能處理器量身定制的，這也是三星晶圓代工近年來(lái)第一個(gè)專(zhuān)門(mén)為高性能計算應用設計的工藝節點(diǎn)。

3nm 之爭

臺積電的 3nm 在 2022 年第四季度量產(chǎn)，但那時(shí)沒(méi)有多少產(chǎn)量，直到 2023 年第三季度，蘋(píng)果新機大規模采用 3nm 制程處理器后，才開(kāi)始放量，不過(guò)，從目前的情況來(lái)看，臺積電 2023 年版本的 3nm 制程還沒(méi)有達到其規劃的 N3E 版本水平，要到 2024 下半年才能進(jìn)一步提升良率和成本效益。據臺積電介紹，與 5nm 相比，N3E 在相同功耗下速度提升 18%，在相同速度下功耗降低 32%，邏輯密度提升約 60%、芯片密度提升 30%。

三星的首個(gè)版本 3nm（SF3E）制程工藝量產(chǎn)時(shí)間是領(lǐng)先臺積電的，并且引入了全環(huán)繞柵極（GAA）技術(shù)，臺積電 3nm 則仍在使用 FinFET 工藝。不過(guò)，三星的 3nm 制程訂單較少，主要用于生產(chǎn)一些挖礦 ASIC。

對于三星來(lái)說(shuō)，3nm 制程是其趕上臺積電的機會(huì )，據報道，三星 LSI 部門(mén)正在開(kāi)發(fā) Exynos 2500，這是該公司首款采用 3nm 工藝的手機處理器，預計在 2024 下半年量產(chǎn)。如果三星自己設計的 3nm 制程 Exynos 處理器表現良好，可能會(huì )有更多客戶(hù)將訂單轉向三星。

良率方面，目前來(lái)看，臺積電的良率約為 70%，三星的也提升到了 60% 左右。

2024 年，臺積電將推出升級版本的 3nm 工藝，也就是 N3E，到那時(shí)，臺積電代工的性?xún)r(jià)比也將提升，三星的 3nm 必須進(jìn)一步優(yōu)化成本效益，才能與臺積電競爭。

2024 下半年，三星也將推出新版本的 3nm（SF3）制程，據悉，與 SF4 相比，在相同功率下，SF3 的性能會(huì )提高 22%，在相同頻率和晶體管數量下，功耗可降低 34%，邏輯面積減少 21%。

2025 年，三星計劃推出新版本的 3nm 制程 SF3P，目標是爭奪數據中心、云計算 CPU 和 GPU 訂單。

三星欲在 2nm 翻盤(pán)

2025 年，三星將推出 2nm（SF2）制程，據悉，該工藝將采用背面供電技術(shù)，這樣可以進(jìn)一步提升性能，因為供電電路被移到芯片背面，給正面留出了集成更多晶體管的空間。

在 2nm 制程之后，三星將增加晶體管的納米片數量，這樣可以增強驅動(dòng)電流，提高性能，因為更多的納米片允許更多的電流流過(guò)晶體管，從而增強其開(kāi)關(guān)能力和運行速度。更多的納米片還可以更好地控制電流，有助于減少漏電流，從而降低功耗。改進(jìn)的電流控制也意味著(zhù)晶體管產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了電源效率。

臺積電計劃于 2025 年推出其 2nm 制程，也將采用納米片工藝，到那時(shí)，三星已經(jīng)在 GAA 晶體管方面擁有豐富的經(jīng)驗，這對晶圓代工很有利。因此，三星對 2nm 制程寄予厚望，希望在那時(shí)完全趕上臺積電，無(wú)論是工藝技術(shù)，還是良率，可以與后者分庭抗禮。

總體來(lái)看，三星晶圓代工的 SF5，SF4 制程良率都達到了 70% 左右，基于此，2024 年，有幾家大客戶(hù)將回歸。到 2025 年，SF2 制程很可能從臺積電那里爭奪更多訂單。

臺積電的挑戰

目前，臺積電穩坐在全球晶圓代工龍頭寶座上，但該公司一點(diǎn)也不敢松懈，在競爭對手不斷加快追趕腳步的情況下，臺積電每年在新技術(shù)、工藝的研發(fā)，以及先進(jìn)產(chǎn)線(xiàn)建設方面都投入了大量資金，然而，摩爾定律的逐漸「失效」使該公司的投資回報率不如前些年那么高了。

從 2023 年第三季度的財報數據來(lái)看，臺積電 3nm、5nm 產(chǎn)線(xiàn)營(yíng)收上漲非常明顯，特別是 3nm，與 2022 年同期相比，今年對該公司整體營(yíng)收提供了 6% 的貢獻，而去年幾乎為零?？傮w來(lái)看，臺積電先進(jìn)制程（5nm、4nm、3nm）填補了其它制程節點(diǎn)營(yíng)收下滑所形成的空缺。

通過(guò)分析各個(gè)制程節點(diǎn)的營(yíng)收數據?？梢钥闯?，臺積電的每一個(gè)新制程工藝在出現 3 年后，其營(yíng)收增長(cháng)就停滯了，增量營(yíng)收主要靠更先進(jìn)的工藝來(lái)支撐。所以，該公司的營(yíng)收增長(cháng)幾乎完全依賴(lài)于最先進(jìn)制程工藝的迭代。而從 10nm 開(kāi)始，臺積電新制程工藝營(yíng)收的迭代速度明顯放慢了。

從 7nm 開(kāi)始，先進(jìn)制程工藝的研發(fā)難度大幅提升，主要體現在成本方面，5nm 的研發(fā)成本達到 90 多億美元，3nm 的高成本已經(jīng)嚇退了臺積電的傳統大客戶(hù)，要等到明年的新版本 N3E 將成本降下來(lái)后才能下單。未來(lái)，2nm、1nm 等新工藝發(fā)展的難度更大，投入更高。

制程工藝迭代的速度明顯放慢，未來(lái)發(fā)展的難度越來(lái)越大，這就給競爭對手提供了追趕的空間和時(shí)間。

據 TrendForce 統計，三星晶圓代工市場(chǎng)份額從 2023 年第一季度的 9.9% 上升至第二季度的 11.7%，營(yíng)收從 27.57 億美元增加到 32.34 億美元。臺積電依然是該領(lǐng)域的霸主，但其市場(chǎng)份額下降至 56.4%。

此外，臺積電的財務(wù)也存在著(zhù)一些問(wèn)題。

知名半導體分析師陸行之表示：「在看到代工客戶(hù)庫存降低，產(chǎn)能利用率逐步回升，3nm 手機和 4nm 制程 AI 芯片代工復蘇之后，我反而開(kāi)始被很多臺積電退休高管詢(xún)問(wèn)，臺積電到底怎么了？」

陸行之說(shuō)，很多人問(wèn)，投資美國廠(chǎng)有經(jīng)過(guò)董事會(huì )的事先討論嗎，還是董事會(huì )已經(jīng)成為橡皮圖章？這幾年，臺積電的債務(wù)為何一路攀升？

陸行之指出，近年來(lái)，因為大規模的資本支出而開(kāi)始大量發(fā)行公司債，同時(shí)，臺積電大量買(mǎi)入其它公司發(fā)行的債券。為何在張忠謀 2018 年退休之后，凈現金（Net cash to equity ratio =17%）和現金流沒(méi)出現問(wèn)題的情況下，整體負債比例從 2018 年的 11% 增加到了 2023 年 6 月的 30%？

面對如此龐大又多樣的公司債券及政府公債市場(chǎng)，臺積電如何管理并應對可能的爆雷風(fēng)險？從財務(wù)管理的角度來(lái)看，臺積電是否已決定偏離當年張忠謀一直強調并嚴格執行的「財務(wù)保守」原則？

強敵加入戰團

自 2021 年以來(lái)，英特爾積極投入晶圓代工業(yè)務(wù)（IFS），特別是在先進(jìn)制程方面，明顯加快了迭代的節奏。與臺積電形成了既競爭又合作的關(guān)系。

為了提升競爭力，英特爾要在四年內快速迭代出五個(gè)先進(jìn)制程節點(diǎn)，目前，Intel 7 制程已經(jīng)量產(chǎn)，接下來(lái)，Intel 4 將登場(chǎng)，后續規劃將進(jìn)展到 Intel 3、Intel 20A 與 Intel 18A。

產(chǎn)能方面，英特爾已經(jīng)陸續擴建位于美國亞利桑那州與俄勒岡州的晶圓廠(chǎng)，該公司還在墨西哥、愛(ài)爾蘭、以色列等地設有晶圓廠(chǎng)，并在中國大陸和馬來(lái)西亞設有封測工廠(chǎng)。

2022 年，英特爾宣布，規劃投資歐盟半導體研發(fā)及制造項目，相關(guān)投資范圍橫跨德國、愛(ài)爾蘭、意大利、法國、波蘭等地。

晶圓代工客戶(hù)方面，英特爾表示，高通將采用其 Intel 20A 制程來(lái)生產(chǎn)芯片，聯(lián)發(fā)科也將利用 IFS 的成熟制程來(lái)制造芯片。另外，AWS 將是第一個(gè)采用英特爾 IFS 封裝解決方案的客戶(hù)。

當然，英特爾在晶圓代工發(fā)展道路上仍處于起步階段，短時(shí)間內還難以對臺積電和三星構成威脅。但新競爭者的加入，而且還是這樣一家強敵，會(huì )分食更多原本屬于臺積電的蛋糕，這顯然是后者不愿意看到的。

結語(yǔ)

從目前全球晶圓代工市場(chǎng)的格局來(lái)看，誰(shuí)掌控了先進(jìn)制程（7nm 及以下）技術(shù)和客戶(hù)，誰(shuí)就能在整體市場(chǎng)中占有很高的份額，典型代表就是臺積電和三星，因為全球 95% 以上的 7nm 及更先進(jìn)制程晶圓代工訂單都被這兩家瓜分了，而它們的綜合市場(chǎng)占有率分別達到了 56% 和 18% 左右。

要追趕臺積電，三星的關(guān)鍵點(diǎn)也是先進(jìn)制程，而在 7nm、5nm 和 3nm 這幾波競爭中，三星都明顯落后。但隨著(zhù)技術(shù)迭代越來(lái)越難，臺積電最先進(jìn)制程工藝前進(jìn)的腳步在放緩，同時(shí)，三星雖然落后，但其迭代的速度是在提升的。此消彼長(cháng)，在可預見(jiàn)的 2nm 制程量產(chǎn)階段，三星有望抗衡臺積電。

對于臺積電來(lái)說(shuō)，技術(shù)和商業(yè)拓展，以及美國政府帶來(lái)的額外負擔越來(lái)越重。未來(lái)幾年，臺積電在全球晶圓代工市場(chǎng)的份額很有可能會(huì )緩慢下滑。也希望三星和英特爾的市占率能夠逐步提升，畢竟，長(cháng)時(shí)間的一家獨大，無(wú)論是對整個(gè)市場(chǎng)，還是對諸多 IC 設計公司來(lái)說(shuō)，都缺少了更多、更好的選擇空間。