抗衡台积电，曙光乍现

　　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，市值最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最高的，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。

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　　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最 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，错过了最 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。

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　　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，最 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。

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　　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最 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，据韩媒报道，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，最 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。

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　　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最 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最 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。

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　　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。